UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ESTUDIO DE LA FACTIBILIDAD PARA LA COLOCACIÓN DE GENERADORES DE EMERGENCIA EN EL INSTITUTO AUTÓNOMO HOSPITAL UNIVERSITARIO DE LOS ANDES I.A.H.U.L.A. Br. María Virginia Quintero González Mérida, Marzo, 2009 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ESTUDIO DE LA FACTIBILIDAD PARA LA COLOCACIÓN DE GENERADORES DE EMERGENCIA EN EL INSTITUTO AUTÓNOMO HOSPITAL UNIVERSITARIO DE LOS ANDES I.A.H.U.L.A. Trabajo de Grado presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electricista Br. María Virginia Quintero González Tutores: Prof. Jaime A. González C. Prof. José G. Contreras D. Mérida, Marzo, 2009 UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ESTUDIO DE LA FACTIBILIDAD PARA LA COLOCACIÓN DE GENERADORES DE EMERGENCIA EN EL INSTITUTO AUTÓNOMO HOSPITAL UNIVERSITARIO DE LOS ANDES I.A.H.U.L.A. Br. María Virginia Quintero González ȱ Trabajo de Grado, presentado en cumplimiento parcial de los requisitos exigidos para optar al título de Ingeniero Electricista, aprobado en nombre de la Universidad de Los Andes por el siguiente Jurado. ____________________ ___________________ Tutor: Prof. Jaime A. González C. Tutor: Prof. José G. Contreras D. C.I.: 18.369.608 C.I.: 4.490.926 ____________________ Jurado: Prof. Ricardo Stephens C.I.: 15.175.313 Br. María Virginia Quintero González. Estudio de la factibilidad para la colocación de generadores de emergencia en el Instituto Autónomo Hospital Universitario de Los Andes I.A.H.U.L.A. Universidad de Los Andes. Tutores: Prof. Jaime A. González C. y Prof. José G. Contreras D. Marzo, 2009. RESUMEN El sistema de generación de emergencia del I.A.H.U.L.A. al igual que el sistema eléctrico de dicha institución, tienen en funcionamiento más de 35 años. En el transcurso de ese tiempo se han realizado varias modificaciones en el sistema eléctrico sin llevar una planificación adecuada para tal fin, es por ello que el sistema de generación de emergencia necesitó un estudio para su modificación, con el fin de estar a la par con su crecimiento y poder así suplir la demanda actual del I.A.H.U.L.A. El estudio se refiere al análisis de los generadores de emergencia actuales, con el fin de obtener un diagnóstico y así poder seleccionar los más adecuados para la demanda generada en el momento de un fallo en el sistema eléctrico comercial. Para el análisis se tomaron como referencia las diferentes mediciones efectuadas, tanto con equipos analógicos y digitales (Memobox300) con el fin de compararlas para obtener una mejor solución a las mismas. Posterior al estudio y análisis de los datos recolectados se procedió a la escogencia de las mejores propuestas del sistema de emergencia, buscando así obtener una óptima respuesta en el momento de un fallo de energía. Descriptores: Generadores eléctricos, generadores de emergencia, generación distribuida, tensión eléctrica, demanda eléctrica, protecciones. ÍNDICE GENERAL APROBACIÓN………………...............................................................................................ii RESUMEN…………………………………………………………………………………..iii INTRODUCCIÓN..................................................................................................................1 Capítulo pp. 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y OBJETIVOS……………………………...2 1.1. Planteamiento del problema…………………………………………………………...2 1.2. Justificación…………………………………………………………………………... 2 1.3. Objetivos generales y específicos…………………………………………………….. 3 1.3.1 Objetivos generales……………………………………………………………3 1.3.2 Objetivos específicos…………………………………………………………. 3 1.4. Limitaciones…………………………………………………………………………...4 1.5 Metodología....................................................................................................................4 2. MARCO TEÓRICO………………………………………………………………………5 2.1. Motores y generadores eléctricos……………………………………………………...5 2.2. Generadores de corriente alterna (alternadores)……………………………………….6 2.2.1. Velocidad de rotación de un Generador Sincrónico……………………………7 2.2.2. Voltaje generado internamente en un generador sincrónico…………………...8 2.2.3. Circuito equivalente de un generador sincrónico………………………………9 2.3. Generadores de emergencia…………………………………………………………. 10 2.3.1.Generadores de reserva permanente……………………………………………11 2.3.2.Generadores portatiles………………………………………………………….11 2.4 Generación distribuida………………………………………………………………..11 2.5. Niveles de tensión electrica…………………………………………………………..12 2.6. Demanda eléctrica........................................................................................................14 2.7. Conductores…………………………………………………………………………..15 2.7.1. Conductor circular compacto…………………………………………………15 2.7.2. Conductor sectorial…………………………………………………………...15 2.7.3. El cable anular………………………………………………………………..15 2.7.4. Conductor segmental…………………………………………………………16 2.8. Canalizaciones………………………………………………………………………..17 2.8.1. Canalizaciones Exteriores…………………………………………………….17 2.8.2. Canalizaciones Interiores……………………………………………………..17 2.9. Conceptos generales de Protecciones………………………………………………...17 2.10. Sistemas de Transferencia (Tranfer). ………………………………………………...19 2.10.1. Tramo de Generación………………………………………………………...20 2.10.2. Tramo de Transformación……………………………………………………20 2.10.3. Tramo de salida de línea……………………………………………………...22 2.10.4. Tramo de Transferencia………………………………………………………23 2.10.5. Tramo de Compensación……………………………………………………..23 2.11. Panel de Transferencia……………………………………………………………….25 2.12. Verificación del estado actual de las plantas de generación eléctrica existentes…….26 2.13. Verificar el lugar donde podrá ser colocada la planta de emergencia………………..30 2.14. Medir la carga actual del I.A.H.U.L.A……………………………………………….31 2.14.1. Medición con instrumentos analógicos………………………………………31 2.14.2. Medidas con Memobox300…………………………………………………..37 3. SISTEMA DE GENERACIÓN DE EMERGENCIA DEL I.A.H.U.L.A…………..45 3.1. Selección de la planta de emergencia a ser utilizada………………………………...45 3.2. Conductores y Canalizaciones……………………………………………………….46 3.2.1.Selección de los Conductores…………………………………………………..47 3.2.2.Selección de las Canalizaciones………………………………………………..48 3.3. Protección del sistema de generación………………………………………………...49 3.3.1. Protección con relés de sobrevoltaje y sobrecorriente………………………..50 3.3.2. Protección contra corrientes desequilibradas………………………………...51 3.3.3. Protección contra sobrevoltaje………………………………………………..51 3.3.4. Protección contra potencia inversa……………………………………………52 3.4. Estudio y selección del transfer a utilizar…………………………………………….53 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………………………55 REFERENCIAS…………………………………………………………………………….57 ANEXOS…………………………………………………………………………………….58 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1. 2.2 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13. 2.14. 2.15. pp. a) Dibujo del flujo versus la corriente de campo de un generador sincrónico. b) Curva de magnetización de un generador sincrónico……………………………… 8 Circuito equivalente completo de un generador sincrónico trifásico...........………….10 Distintas formas de conductores……………………………………………………...16 Tramo de generacion de una subestación…………………………………………….20 Tramo de Transformacion (Lado de Alta Tensión)…………………………………..21 Tramo de Transformacion (Lado de baja Tensión)……………..................................21 Tramo de acople y/o seccionadores de barra…………………………………………22 a)por un seccionador, b)por un disyuntor extraible, c) por un disyuntor y sus dos seccionadores asociados……………………………….23 Tramo de transferencia tensión 115 y 230 kV...………………………………………24 Tramo de transferencia tensión de 13,8 y 34,5 kV……………………………………24 Tramo de compensación………………………………………………………………25 Planta generadora de 600 kVA (foto exterior)………………………………………..28 Planta generadora de 600 kVA (foto interior)………………………………………...28 Planta generadora de 312,6 kVA (fuera de servicio)…………………………………29 Planta generadora de 312,6 kVA (en condiciones relativamente operativas)……. ….29 LISTA DE TABLAS Tabla pp. 2.1. Niveles de tensión normalizadas para alta tensión…………………………………...13 2.2. Niveles de tensión normalizadas para baja tensión…………………………………..13 2.3. Tensión de línea, tensiones de fase y corrientes de fase de la sub estación del I.A.H.U.L.A. acometida San Jacinto. Obtenidas durante un periodo de veinticuatro horas……………………………………………………...32 2.4. Valores de demanda monofasica electrica. I.A.H.U.L.A. acometida San Jacinto……33 2.5. Tensión de línea, tensiones de fase y corrientes de fase de la sub estación del I.A.H.U.L.A. acometida Santa Elena. Obtenidas durante un periodo de veinticuatro horas……………………………………………………...34 2.6. Valores de demanda monofasica electrica. I.A.H.U.L.A. acometida Santa Elena…...35 3.1. Capacidad de la planta SCANIA……………………………………………………..50 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. pp. Demanda Eléctrica del I.A.H.U.L.A., acometida San Jacinto. Potencia Vs. Tiempo...33 Demanda Eléctrica del I.A.H.U.L.A., acometida Santa Elena. Potencia Vs. Tiempo...35 Demanda Eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., acometida San Jacinto (Memobox300) Potencia Vs. Tiempo…………………………………………………38 Demanda Eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., por 24 horas de la acometida San Jacinto (Memobox300) Potencia Vs. Tiempo…………………………………………39 Demanda Eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., acometida Santa Elena (Memobox300) Potencia Vs. Tiempo…………………………………………………40 Demanda Eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., por 24 horas de la acometida Santa Elena (Memobox300) Potencia Vs. Tiempo…………………………………………..41 Interrupciones ocurridas durante el periodo de medición de Demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., acometida Santa Elena (Memobox300) Potencia Vs. Tiempo……………………………………………………………..........42 LISTA DE PLANOS Plano 2.1. 2.2. pp. Ubicación actual de las plantas de generación eléctrica existentes…………………...30 Ubicación de las nuevas plantas de generación eléctrica, propuesta por F.U.N.D.E.L.E.C……………………………………………………………………...31 1 INTRODUCCIÓN Durante el transcurso de los últimos años se ha venido evidenciando un crecimiento a nivel estructural en el Instituto Autónomo Hospital Universitario de Los Andes (I.A.H.U.L.A), esto ha generado modificaciones en el sistema eléctrico a nivel de instalaciones, provocando un incremento en la demanda eléctrica de dicha institución; es por ello que se ha tornado necesario e indispensable implementar un sistema de energía eléctrica de emergencia con mayor capacidad que la existente, con el fin de suplir las necesidades requeridas por la institución dado el momento en que la red eléctrica comercial presente fallas o cortes en su servicio o simplemente se encuentre por debajo de los niveles de tensión normalizados. Actualmente, el sistema eléctrico de emergencia esta compuesto por un grupo de generadores que difieren entre sí en valores de tensión, corriente y velocidad; debido a esto, es necesaria la sustitución de dichos equipos existentes por un grupo de generadores con características idénticas entre ellos, para de esta manera poder satisfacer completamente las necesidades de la demanda actual. El presente estudio se compone de tres capítulos: el primero dedicado a la formulación del problema y establecimiento de los objetivos a alcanzar, justificaciones y limitaciones. En el segundo capítulo se expone la información teórica de interés relacionada con los sistemas de generación de emergencia, la verificación del estado actual de las plantas de generación de emergencia existentes, la verificación del emplazamiento vigente y la nueva distribución propuesta. También es este capítulo se estudia la demanda por fase de las diferentes acometidas que alimentan al I.A.H.U.L.A. En el capítulo tres se explican los criterios de selección para las nuevas plantas de generación de emergencia propuestas por F.U.N.D.E.L.E.C. para sustituir a las existentes, al igual que los nuevos conductores, canalizaciones y protecciones a ser implementados, como también un breve estudio del sistema de transferencia a utilizar en el sistema de generación de emergencia. Posteriormente se presenta las conclusiones y recomendaciones obtenidas de dicho estudio. 2 CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El Instituto Autónomo Hospital Universitario de Los Andes (I.A.H.U.L.A.), fue abierto al público a comienzos del año 1973, el cual para la época fue una institución novedosa debido a su arquitectura y a la cantidad de personas a las cuales podía atender. Ubicado en la parte suroeste de la ciudad de Mérida, específicamente en la avenida 16 de septiembre. El servicio de energía eléctrica lo presentaba al igual que ahora regularmente C.A.D.A.F.E., pero el hospital poseía cuatro plantas diesel de 312,6 KVA cada una utilizadas en caso de emergencia, y una planta de inercia 145 KVA que está siempre en funcionamiento para cualquier eventualidad, que asegura la continuidad del servicio eléctrico en las zonas de alto riesgo tales como Quirófano y Unidad de cuidados Intensivos, las cuales necesitan de un sistema de generación constante. En los actuales momentos no están conectadas dichas plantas, solo hay una sola de 600 KVA la cual es un préstamo del estado para el hospital mientras se soluciona la situación crítica, debido a la creación de nuevas áreas en el I.A.H.U.L.A. que ameritan energía eléctrica con un alto grado de confiabilidad y continuidad, ya que en ningún momento el hospital se puede quedar sin suministro de energía, porque se pondrían en peligro muchas vidas humanas, por lo tanto, se hace necesario sustituir el sistema de emergencia actual, ya que no satisface la demanda del hospital, por uno que le permita alimentar todas sus áreas. 1.2. JUSTIFICACIÓN 3 En la actualidad El Instituto Autónomo Hospital Universitario de Los Andes (I.A.H.U.L.A.), no cuenta con las plantas de generación pertinentes para cubrir las necesidades de dicho instituto ni con planos digitales o actualizados del mismo, posee poca información de los cambios que se han realizado en el sistema eléctrico del hospital, debido a esto, cada vez que se produce una falla de energía del sistema público C.A.D.A.F.E., se debe realizar un proceso de tanteo de carga de forma tal que el sistema de emergencia funcione correctamente y no se sobrecargue. Debido a la presencia de múltiples fallas a lo largo de los años en los sistemas de Generación y Distribución del hospital, y por falta de mantenimiento; los conductores han sufrido numerosas averías, y la mayoría de los conductores que van del cuarto de generación de emergencia hasta la sub-estación de energía eléctrica están mutilados, es decir, fueron despojados de su parte exterior con la finalidad de lograr el acoplamiento con las zapatas del nuevo generador; trayendo esto como consecuencia la presencia de fallas y falta de confiabilidad en el sistema de alimentación de emergencia. Existe también el problema de que el diseño del Transfer es obsoleto, y dicha transferencia es de forma manual, por esto se produce un retardo en el tiempo de respuesta del sistema de emergencia. 1.3. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS 1.3.1.- Objetivos generales Estudio para un sistema de emergencia en el Instituto Autónomo Hospital Universitario de los Andes (I.A.H.U.L.A.). 1.3.2.- Objetivos específicos x Verificar el estado actual de las plantas de Generación Eléctrica existentes. x Verificar el lugar donde podría ser colocada la planta de emergencia. 4 x Medir la carga actual del I.A.H.U.L.A. x Seleccionar las posibles plantas de emergencia a ser utilizadas. x Cálcular los Conductores y Canalizaciones. x Cálcular la protección del sistema de Generación. x Estudiar y seleccionar el transfer a utilizar. 1.4. LIMITACIONES x Debido a la falta de planos actualizados del I.A.H.U.L.A. se ha hecho difícil la ubicación de algunas zonas x Debido al crecimiento del I.A.H.U.L.A. existen modificaciones en los sistemas de distribución que no se conocen ya que las empresas encargadas no presentan planos ni dejan en la institución conocimiento de lo realizado. x Con respecto a las normas para el mantenimiento y actualización de equipos y distribución eléctrica en hospitales sólo se encuentran normas extrajeras esto es una limitación para el trabajo en planta ya que no se aplica en Venezuela. x Dependencia para la conexión de equipos, por parte del personal. 1.5. METODOLOGÍA Según la naturaleza del trabajo a desarrollar, se puede considerar que el procedimiento a seguir es de naturaleza de investigación de campo, debido a que los datos se obtienen a través de mediciones reales in situ, lo cual constituye la parte fundamental de dicha investigación. Además resulta necesaria e indispensable la utilización de material bibliográfico referencial, a fin de exponer ideas y conceptos establecidos con anterioridad. 5 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO En el proceso de generación de energía eléctrica el principal involucrado es el generador. Y para que haya una transformación, debe haber una fuente que se tome como base para realizar el cambio. Esta fuente es toda la energía que sea considerada no eléctrica, tales como: térmica, mecánica, luminosa y química, entre otras. Este cambio en la energía se lleva a cabo en las denominadas centrales eléctricas, las cuales realizan los primeros pasos del proceso. En cuanto a la fuente que se toma para la transformación, se la conoce como fuente primaria. La naturaleza de la misma es la que va a condicionar el tipo de central de generadores de energía. Por ejemplo, la central termoeléctrica genera energía eléctrica a partir de energía expulsada en forma de calor por la combustión de gas o petróleo, por mencionar algunos ejemplos. En el caso de la central generadora nuclear, en la misma se ejecuta el proceso de transformación de energía nuclear en energía eléctrica. En las centrales eólicas se utiliza la energía cinética que genera la corriente de aire; en las centrales mareomotrices, la energía que surge de las mareas, etc. Pero a pesar de las diferencias en el rasgo distintivo de la fuente primaria, todas estas centrales que poseen generadores de energía eléctrica tienen como dispositivo clave, el elemento generador de energía. El mismo está formado, básicamente, por un alternador. Se trata de una máquina que es la que termina de realizar la transformación de la fuente o energía primaria en energía eléctrica. El proceso que emplea es el de inducción, que produce el voltaje, también llamado fuerza electromotriz. 2.1. Los Motores y generadores eléctricos, son un grupo de máquinas que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una 6 máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. 2.2. Generadores de corriente alterna (alternadores). En su forma más simple, un generador de corriente alterna se diferencia de uno de corriente continua en sólo dos aspectos: los extremos de la bobina de su armadura están sacados a los anillos colectores sólidos sin segmentos del árbol del generador en lugar de los conmutadores, y las bobinas de campo se excitan mediante una fuente externa de corriente continua más que con el generador en sí. Los generadores de corriente alterna de baja velocidad se fabrican con hasta 100 polos, para mejorar su eficiencia y para lograr con más facilidad la frecuencia deseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, sin embargo, son a menudo máquinas de dos polos. La frecuencia de la corriente que suministra un generador de corriente alterna es igual a la mitad del producto del número de polos y el número de revoluciones por segundo de la armadura. A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible. Las armaduras rotatorias no son prácticas en este tipo de aplicaciones, debido a que pueden producirse chispas entre las escobillas y los anillos colectores, ya que pueden producirse fallos mecánicos que podrían causar cortocircuitos. Por tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor compuesto de un número de imanes de campo. El principio de funcionamiento es el mismo que el del generador de corriente alterna descrito con anterioridad, excepto en que el campo magnético (en lugar de los conductores de la armadura) está en movimiento. La corriente que se genera mediante los alternadores descritos anteriormente, aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube nuevamente a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan 7 tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica. Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el número de bobinas en la armadura, pero en la práctica de la ingeniería eléctrica moderna predomina el uso de la corriente alterna trifásica, con el alternador trifásico, que es la máquina dinamoeléctrica que se emplea normalmente para generar potencia eléctrica. (Formato de referencia electrónica Recuperada 10 de septiembre de 2008, en: http://html.rincondelvago.com/generadores-electricos.html). 2.2.1 Velocidad de rotación de un generador sincrónico. El rotor de un generador sincrónico se compone de un electroimán al cual se le suministra una corriente continua. El campo magnético del rotor se mueve según sea la dirección en que se haga girar dicho rotor. Ahora, la velocidad de rotación de los campos magnéticos de la máquina se relaciona con la frecuencia eléctrica del estator por medio de la siguiente ecuación: fe nm P 120 (2.1) En donde, f e = frecuencia eléctrica, Hz. nm = velocidad mecánica del campo magnético, rpm (=velocidad del rotor de las máquinas sincrónicas). P = número de polos. Puesto que el rotor gira a la misma velocidad del campo magnético, esta ecuación relaciona la velocidad de la rotación del rotor con la frecuencia eléctrica resultante. La potencia eléctrica se genera a 50 o 60 Hz, así que el generador debe girar a una velocidad fija que depende del número de polos de la máquina. (Stephen J. Chapman, Máquinas eléctricas, segunda edición. pp 448). 8 2.2.2 Voltaje generado internamente en un Generador Sincrónico. El voltaje generado depende del flujo I de la máquina, de su frecuencia o velocidad de rotación y de su construcción. Esta ecuación se escribe algunas veces en una forma más sencilla, que hace énfasis en las cantidades que se dispone durante su funcionamiento. EA KIZ (2.2) Donde K es una constante que representa la construcción de la máquina, si Z se expresa en radianes eléctricos por segundo, entonces K N P kP kd (2.3) 2 w = w sinc (constante) a) b) Fig.2.1 a) Dibujo del flujo versus la corriente de campo de un generador sincrónico. b) Curva de magnetización de un generador sincrónico. En tanto que si Z se expresa en radianes mecánicos por segundo, entonces K N P Pk P k d 2 2 (2.4) 9 El voltaje interno inducido EA es directamente proporcional al flujo y a la velocidad, pero el flujo en sí depende de la corriente que fluye en el circuito de campo del rotor. El circuito de campo IF se relaciona con el flujo I en la forma que se ve en la figura 2.1 a. Puesto que EA es directamente proporcional al flujo, el voltaje generado internamente EA se relaciona con la corriente de campo, tal como se muestra en la figura 2.1 b. Esta grafica se llama curva de magnetización o la característica de vacío de la máquina. (Stephen J. Chapman, Máquinas eléctricas, segunda edición. pp 449). 2.2.3. Circuito Equivalente de un Generador Sincrónico. El circuito equivalente completo de un generador se muestra en la figura 2.2, la cual ilustra una fuente de potencia de cc durante la alimentación del circuito de campo del rotor, representada por la inductancia de la bobina y su resistencia en serie. Hay una resistencia graduable Raj, en serie con RF, que controla el flujo de la corriente de campo. El resto del circuito equivalente consiste en las representaciones de cada fase. Cada fase tiene un voltaje generado internamente con una inductancia en serie XS (que consiste en la suma de la reactancia del inducido y la auto inductancia de la bobina) y una resistencia en serie RA. Los voltajes y corrientes de las tres fases están desfasados en ángulos de 120º, pero en lo demás, las tres fases son idénticas. Estas tres fases pueden conectarse en Y o en '. Si se conectaran en Y, la tensión en los bornes VT se relaciona con el voltaje de fase VI por VT 3VI (2.5) Si se conectan en ', entonces VT VI (Stephen J. Chapman, Máquinas eléctricas, segunda edición. pp 453). (2.6) 10 Fig.2.2 Circuito Equivalente completo de un Generador Sincrónico Trifásico. 2.3. Generadores de Emergencia Cuando la energía eléctrica se suspende por períodos largos debido a huracanes, terremotos, lluvias u otras catástrofes naturales, se torna indispensable el uso de un generador de emergencia de reserva. Estos generadores se construyen en diferentes tamaños, el cual es determinado por la necesidad de energía para el caso de la emergencia. Mientras más elementos haya en los circuitos de reserva, más grande y costoso será el generador. 11 Tipos de generadores de emergencia 2.3.1. Generadores de reserva permanentes .- Se instalan como parte del sistema eléctrico y proporcionan energía al cableado del edificio. .- Un interruptor automático evita que el generador retroalimente a las líneas de servicios públicos y protege el generador de daños cuando vuelve la energía. .- Debe ser instalado únicamente por electricistas matriculados. El departamento de edificación de la ciudad o del condado debe inspeccionar los interruptores y el cableado. Una vez que la instalación haya sido completada, se debe notificar a la empresa de servicios públicos local que se ha colocado un sistema de reserva. 2.3.2. Generadores portátiles .- Generalmente se utilizan cuando sólo se necesitan unos pocos circuitos eléctricos vitales. Circuitos selectos para las luces del área general con más movimiento de una casa, TV (para entretenimientos y noticias), hogar, refrigerador, bombas de sumidero y bombas para pozos de agua son algunos de los elementos considerados generalmente. .- Es importante adquirir un generador que esté correctamente ajustado. Algunos motores eléctricos de artefactos y equipos domésticos pueden resultar arruinados y dañados si no reciben suficiente corriente eléctrica. (Formato de referencia electrónica Recuperada 12 de abril de 2008, en: http://statefarm.convertlanguage.com/statefarm/enes/24/_www_statefarm_com/learning/loss_ prevent/learning_lossprev_generators.asp) 2.4. Generación Distribuida Actualmente la definición de Generación Distribuida esta en controversia ya que varios autores la definen de maneras distintas, entre los más destacados están: 12 .- Fuente de potencia eléctrica conectada directamente a la red de distribución o en el lado del consumidor. .- Sistemas que producen por lo general energía en forma DC o AC de frecuencia variable, por lo que requieren una interfase con la red eléctrica. .- Producción de electricidad con instalaciones que son suficientemente pequeñas en relación con las grandes centrales de generación, de forma que se puedan conectar casi en cualquier punto de un sistema eléctrico. .- Colocación de pequeñas unidades generadoras cerca del consumidor, donde el valor obtenido es mayor que el valor que el servicio recibido de la red. .- Todas aquellas fuentes de energía eléctrica que se conectan en las redes de distribución eléctrica. .- Producción de energía eléctrica a través de instalaciones de potencia reducida, normalmente por debajo de 1,000 kW. Dicho esto, se puede definir Generación Distribuida como generación o almacenamiento de energía eléctrica a pequeña escala. La cual permite producir, almacenar y administrar la energía en el mismo lugar de consumo considerando la máxima eficiencia energética. Entre las fuentes de energía más frecuentes son: microturbinas, celdas fotovoltaicas, celdas de combustible y dispositivos de almacenamiento. 2.5. Niveles de Tensión Eléctrica La tensión eléctrica es el trabajo necesario (energía necesaria) para mover una carga eléctrica unitaria y positiva desde la terminal negativa hasta la terminal positiva, es decir; diferencia de potencial entre dos puntos (V1 – V2). La unidad es el volt, V. (Dorf-Svoboda, Circuitos Eléctricos, 5ª Edición, pp 16). 13 Los niveles de tensión empleados varían según cada país. En Venezuela se rigen por La Norma COVENIN, la cual indica los valores normalizados para los cuales se puede trabajar sin riesgos. Estas tensiones son las mostradas a continuación en los siguientes cuadros: Tabla 2.1. Niveles de Tensión Normalizadas para alta tensión. ALTA TENSIÓN (PRIMARIO) Nivel de Tensión Conexión Nº de hilos 2400 Delta 3 4800 Delta 3 8320/4800 Estrella 4 12470/7200 Estrella 4 13800 Estrella 3 23900/13800 Estrella 4 34500 Delta 3 Tabla 2.2. Niveles de Tensión Normalizadas para baja tensión. BAJA TENSIÓN (SECUNDARIO) Nivel de Tensión Conexión Nº de hilos 120 Monofásica 2 240/120 Monofásica 3 480/240 Monofásica 3 208 Y/120 Estrella 4 240 Delta 3 480 Y/277 Estrella 4 600 Delta 3 La Transmisión de alta tensión es la más utilizada, debido a que en la salida de las centrales de generación y la suministrada a los centros de consumo es en corriente alterna, para esto se hace necesaria la utilización de transformadores para elevar el nivel de tensión de la etapa de generación (13,8 kV) y así disminuir la corriente requerida para transportar alguna 14 potencia determinada, y con esto disminuir las pérdidas por efecto joule en el conductor y reducir el calibre del conductor utilizado para el transporte de potencia. Cuando la potencia llega a los centros de consumo existe nuevamente una etapa de transformación de tensión, pero en este caso de reducción, para suministrar energía a los consumidores. 2.6. Demanda Eléctrica. Se entiende por demanda la carga utilizada, promediada durante un período de tiempo determinado. Puede ser uno de los diferentes tipos de potencia: potencia activa, potencia reactiva o potencia aparente y normalmente se expresa en kW, kVA, amperios. (Canaval Carlos, 1996, pp. 225). Se expresa por las siguientes ecuaciones: Dem3I Dem1I 3 * Vl * I 3I (VA) V f * I f (VA) (2.7) (2.8) El período durante el cual es promediada la carga se llama Intervalo de Demanda, puede ser en minutos, segundos, horas, días etc. (Canaval Carlos, 1996, pp. 226). Cuando existe la mayor coincidencia de cargas eléctricas (motores, compresores, iluminación, equipos de refrigeración, etc.) operando al mismo tiempo, se esta hablando de la Demanda Máxima; es decir, la demanda máxima corresponde a un valor instantáneo en el tiempo. Es el valor de demanda que más interesa, ya que rige la elección de los equipos debido a que es la condición más severa impuesta al sistema en condiciones normales y de ella depende la carga térmica y la caída de tensión. La demanda máxima debe definirse para un intervalo de tiempo determinado, ya que el efecto de la carga sobre los aislantes es una combinación de temperatura y duración. (Canaval Carlos, 1996, pp. 226). 15 2.7. Conductores. Son hilos de metal (cobre o aluminio) que se utilizan para conducir la energía eléctrica desde la fuente de generación a las diferentes cargas. Los cuatro principales factores que deben ser considerados para la selección de los conductores son: .- Materiales. .- Flexibilidad. .- Forma. .- Dimensiones. Entre los tipos de conductores más utilizados están: (Formato de referencia electrónica recuperada el 12 de septiembre de 2008. http://conductores\Conductores Eléctricos - Apuntes de Ingeniería Eléctrica y Electrónica.mht). 2.7.1. Conductor circular compacto; en este tipo de conductor, las hebras que lo constituyen, tienen diferentes secciones, de modo de aprovechar mejor el espacio. Con esta construcción, se obtiene un conductor de menor diámetro y peso, que un conductor concéntrico, comparando una misma sección de cobre. Esto significa estructuras más livianas en tendidos aéreos o ductos de menor diámetro en tendido subterráneo. 2.7.2. Conductor sectorial; en este tipo de conductor las hebras se agrupan para ocupar un sector circular equivalente a un tercio de circunferencia. Esta forma de construcción se emplea en la fabricación de cables trifásicos. 2.7.3. El cable anular; consiste en alambres trenzados helicoidalmente, en capas concéntricas, sobre un núcleo que puede ser una hélice metálica. Esta construcción disminuye el efecto Skin y por lo tanto la resistencia efectiva. 16 2.7.4. Conductor segmental; este conductor está formado por tres o cuatro segmentos, aislados entre sí por una delgada capa de aislante, todo trenzado en conducto. Los segmentos se conectan en paralelo. Con esto se reduce el efecto Skin. El conductor tiene algunas ventajas en el orden dimensional Fig.2.3 Distintas formas de Conductores. Para verificar el tamaño de los conductores de un circuito alimentador, se debe tomar en cuenta la corriente total de la carga conectada y a partir de este dato se calcula el tamaño del conductor, considerando el cálculo por capacidad de corriente y por caída de tensión, en donde debe ser considerada las especificaciones técnicas establecidas por el Código Eléctrico Nacional. (Código Eléctrico Nacional, 2004). El tamaño del conductor de la acometida se calcula de la siguiente manera: Iacomalta Capacidad del transformador (kVA) 3 * Vn (kV ) ( A) (2.9) En los circuitos ramales se selecciona el conductor por capacidad de corriente hallando la corriente de carga, según las norma establecidas por el C.E.N se tienen las siguientes expresiones: 17 I cond t 1,25 I c arg a I c arg a ( 2I ) I c arg a (3I ) (2.10) Potencia(kVA) Vl Potencia(kW ) Vl * fp Potencia(kVA) Potencia(kW ) Vl 3 Vl * fp 3 (2.11) (2.12) 2.8. Canalizaciones Se consideran como canalizaciones, todo el sistema de ductos, sótanos, tanquillas y demás sitios especialmente diseñados para el paso de conductores. (Manual de Normas y Criterios para proyectos de Instalaciones Eléctricas, tomo III del año 1968 (Manual Del MOP) pp. 41). 2.8.1. Canalizaciones Exteriores. Comprenderá la parte de la canalización que está situada fuera de la edificación, antes de la tanquilla más próxima a la misma (Manual del MOP, tomo III, 1968, pp. 41). Y esta conformada entre las bancadas, sótanos y tanquillas; los cuales se construyen dependiendo del tipo de edificación y del tipo de terreno al que este expuesta la construcción. 2.8.2. Canalizaciones Interiores. Se considera como canalizaciones interiores todo el sistema de ductos, sótanos, tanquillas, cajas y demás sitios especialmente diseñados para el paso de conductores que se encuentran dentro de la edificación, incluyendo la parte comprendida entre la tanquilla más próxima y el sistema dentro de la edificación. (Manual del MOP, tomo III, 1968, pp. 69). 2.9. Conceptos Generales de Protecciones Las instalaciones eléctricas industriales (Instalaciones en Hospitales), son algunas veces tan importantes como los sistemas eléctricos de potencia, por lo que se pueden aplicar las técnicas de protecciones y análisis aplicables en estos para las instalaciones de tipo 18 industrial. Las protecciones son una forma de reducir los posibles daños a las instalaciones y en algunos casos a personas. Las condiciones de operación anormales contra los que se deben proteger los sistemas eléctricos son el cortocircuito y las sobrecargas. Entre los conceptos principales para las aplicaciones de protecciones tenemos: x Corriente de falla (Sobrecorriente). Es la que se produce en la red, cuando existe alguna condición anormal en alguna parte del sistema. (Canaval Carlos, 1996, pp 402). x Protección de Sobrecorriente. El problema mas común que se presenta en un sistema eléctrico de potencia o en cortocircuitos es el aumento de la corriente por sobre los valores normales de operación. Este aumento se utiliza para distanciar la ocurrencia de fallas, ya sea como protección principal o de respaldo. Las cualidades que se deben tener en consideración para la protección de sobrecorriente son: .- Seguridad: significa que un equipo debe operar, aun en condiciones extremas, en forma segura, es decir, sin que ocurran desperfectos que puedan dañar a equipos o personas. (Canaval Carlos, 1996, pp.403). .- Rapidez: su objetivo es evitar que una falla, que se inicia en una parte del sistema, se propague a otra y afecte a otros equipos. Debe eliminar las condiciones anormales que se presentan en el sistema cuando exista una falla, y las cuales afectan a estos equipos. (Canaval Carlos, 1996, pp. 403). .- Sensibilidad: se refiere a la corriente mínima necesaria para que opere el equipo de protección de sobre corriente. Debe responder a bajas o muy bajas corrientes de fallas ocasionadas, normalmente, por fallas a tierra. Estas corrientes muy bajas se acentúan en sistema delta. (Canaval Carlos, 1996, pp. 404). 19 .- Selectividad: cuando ocurre una sobrecorriente de falla, habiendo varios equipos, en serie, que la puedan detectar, la falla debe ser despejada por el interruptor o fusible, que este más cercano del punto de falla del lado de la fuente. (Canaval Carlos, 1996, pp. 404). x Protección de Sobrecarga Una sobre carga en un equipo es una corriente superior a la nominal, ósea mayor a la permitida en condiciones normales de operación. (Canaval Carlos, 1996, pp. 406). Para la protección de sobrecarga de un equipo se pueden utilizar fusibles de varios tipos, o más apropiadamente, relés de tipo térmico, que actúan como respuesta a un aumento de temperatura producido por un par bimetálico. (Canaval Carlos, 1996, pp. 406). x Protección de Fallas a Tierra. Estas son las más frecuentes en sistemas de baja tensión con neutro solidamente puesto a tierra, debido a que todas las partes metálicas de los equipos tienen que estar obligatoriamente puestas a tierra. Por lo tanto, hay un área grande de exposición entre las partes con tensión de los equipos y las armaduras. (Canaval Carlos, 1996, pp. 407). Según el C.E.N., el máximo ajuste de esta protección será de 1200 A y el máximo tiempo de operación de 1 segundo, para una corriente de falla a tierra de 3000 A o mas. Se exceptúan del cumplimiento de este artículo, los procesos industriales continuos y las bombas de incendio. (Canaval Carlos, 1996, pp. 407). 2.10. Sistema de Transferencia (TRANSFER) Para edificaciones como hospitales debe existir un espacio físico destinado a una subestación eléctrica, la cual está conformada por equipos de maniobra y de potencia asociados todos entre sí. De acuerdo a la función que cumplen, los tramos se pueden clasificar en: x Tramo de Generación. x Tramo de Transformación. 20 x Tramo de salida de línea. x Tramo de acople y/o seccionamiento de barra. x Tramo de Transferencia. x Tramo de Compensación. 2.10.1. Tramo de Generación. Está conformado por varias unidades las cuales podemos observar en la fig. 2.4: (Unidad Generadora, Disyuntor de Salida, Transformadores de corriente, Transformador de potencia). Transformador 13.8/115 kV Transformadores de corriente Disyuntor Generador Fig. 2.4 Tramo de Generación de una Subestación. 2.10.2. Tramo de Transformación. Existen dos (2) tipos de tramos de transformación con el mismo diseño, según el nivel de tensión del tramo: x Tramo llegada de transformador a barra (lado Alta Tensión) x Tramo llegada de transformador a barra (lado Baja Tensión) El tramo del lado de alta tensión, puede estar asociado a uno o más transformadores y está conformado por: Transformador de potencia, Disyuntor, Seccionadores de línea y barra, Transformadores de corriente, Seccionadores rompearco, Pararrayos. 21 Barra principal de 115 KV H114 H110 H113 Barra de transferencia 115 KV H116 MT AL T.T barras 115 KV H115 H215 Fig. 2.5 Tramo de Transformación (Lado de Alta Tensión). El tramo del lado de baja tensión, está asociado a un solo transformador y está conformado por: Transformador de potencia, Disyuntor, Transformadores de corriente, Transformador de potencial, Seccionadores (para el caso de Autotransformadores), Pararrayos. 2TP M edición 2TP TC D180 Cable de Potencia Fig. 2.6 Tramo de Transformación (Lado de Baja Tensión). 22 El transformador de potencia aparece en ambos tramos debido que él constituye el elemento principal para la denominación del tramo. 2.10.3. Tramo de Salida de Línea. Está conformado por: un disyuntor, un seccionador de línea, un seccionador de puesta a tierra, dos seccionadores de barra, tres transformadores de corriente, trampa de onda, transformadores de potencial, pararrayos (opcional). Tramo de Salida de Línea BP H104 TP H105 TC H103 H101 H106 Fig. 2.7 Tramo de Acople y/o Seccionadores de Barras. De acuerdo al esquema de barras existente en la subestación, el tramo puede estar constituido por componentes diferentes, tales como: x Por un seccionador. Utilizado en niveles de tensión de 115 kV y 34,5 kV. x Por un disyuntor extraíble. Utilizado en celdas blindadas. x Por un disyuntor y sus dos seccionadores asociados. Utilizado en niveles de tensión de 115, 230 y 400 kV. 23 a Barra Principal 13,8KV b c Fig. 2.8 a) Por un seccionador, b) Por un disyuntor extraíble, c) Por un disyuntor y sus dos seccionadores asociados. 2.10.4. Tramo de Transferencia. Su función básica es la de sustituir temporalmente en sus funciones, al disyuntor del tramo que es sometido a mantenimiento o reparación. Sus componentes varían de acuerdo al nivel de tensión al que están sometidos: Tensión 115 y 230 KV: conformado por un disyuntor, un seccionador de barra principal, un seccionador de barra de transferencia (figura 2.9). Tensión de 13,8 y eventualmente 34,5 KV: conformado por un disyuntor, tres transformadores de corriente, seccionadores de transferencia (figura 2.10). 2.10.5. Tramo de Compensación. Está conformado por: un disyuntor, seccionadores, elemento compensador (reactancia shunt o banco de condensadores) (figura 2.11). 24 Tramos Salida de Línea y Transferencia (115 y 230 KV) BP H134 Tramo de Salida de Línea Tramo de Transferencia H104 TP H105 H130 TC H103 H101 H136 H106 BT Fig. 2.9 Tramo de Transferencia. Tensión 115 y 230 KV. Barra Principal 13,8KV D130 D105 3TC 3TC A CABLE SUBTERRANEO CABLE SUBTERRANEO D103 D105 D138 BARRA DE TRANSFERENCIA SALIDA DE LINEA 13,8KV Fig. 2.10 Tramo de Transferencia. Tensión de 13,8 y 34,5 KV 25 A TRA MO 400 KV LINE A 400 KV TRA MPA DE ONDA TRAMO DE C OM PEN SACION Fig. 2.11 Tramo de Compensación. 2.11. Panel de Transferencia. El Panel de Transferencia, del tipo digital electrónico, cuenta con monitoreo de carga Inteligente, incorporada que a la vez operara en conjunto con el panel de control del Grupo Generador, para proveer un control totalmente automático de fallas de la línea de suministro principal de energía, arrancando el Grupo Generador y transfiriendo la carga de la línea principal a ésta, en el caso de que la línea principal falle y restaurando la provisión de energía de la línea principal, retransfiriendo la carga, para luego parar el Grupo Generador. El monitoreo, la regulación del tiempo y el control lógico del circuito deberá estar montado sobre un Panel electrónico microprocesado con desplay (L.C.D). Para facilitar el acceso al Centro Lógico del Control., éste esta montado sobre una puerta de acceso abisagrado con cerradura. La llave de transferencia opera con cualquier voltaje de 3 fases, desde 190 a 480 volts, 50/60 Hz. y que tenga además la capacidad para trabajar con un sistema monofásico. Las conexiones al control de la llave de transferencia son del tipo conector con múltiples contactos con sus conectores. La llave de transferencia. Cuenta con un Control de llave 26 bypass, montado internamente en forma estándar, para facilitar ser removido para mantenimientos posteriores, sin interrumpir la provisión de la línea principal de energía. (http://www.sertec.com.py/telergia/telergia/informaciones/especificaciones_grupo_electrogen o.htm 25/11/2008 19:07pm) La definición de los conceptos anteriores se realiza con el objetivo de dar un preámbulo para realizar el replanteo del sistema de generación de emergencia en el I.A.H.U.L.A. Para ello, es necesario seguir una serie de pasos, a saber: x Verificar el estado actual de las plantas de Generación Eléctrica existentes. x Verificar el lugar donde podrá ser colocada la planta de emergencia. x Medir la carga actual del I.A.H.U.L.A. 2.12. Verificación del estado actual de las plantas de Generación Eléctrica existentes. En sus inicios, se contaba con cuatro plantas diesel de 312,6 KVA cada una utilizadas en caso de emergencia, y una planta volante (inercia) de 145 KVA que está siempre en funcionamiento constante para cualquier eventualidad, ubicadas, respectivamente, en la sala de generación frente al estacionamiento de la parte trasera de dicha institución y en el cuarto de generación de inercia frente al taller de mantenimiento. Al realizarse un recorrido exhaustivo por las instalaciones del I.A.H.U.L.A., en especial a los salones antes mencionados, se encontraron las siguientes plantas generadoras: Salón de generación: x 3 generadores de diesel SHELL ALVANIA GREASE 3 con datos de placa: Marca TRANSICON Potencia (kVA) 312,6 Tensión (V) 208/120 Corriente (A) 890 Factor de Potencia 0.8 R.P.M. 1200 27 x 1 planta generadora OTTOMOTORES, con los siguientes datos de placa: Planta DALE Marca DORMAN Modelo Potencia (kVA) 600 GTA315MIS Tensión (V) 120/220 Corriente (A) 1574 Frecuencia (Hz) 60 R.P.M. 1800 Cuarto de generación de inercia: x 1 Generador Sincrónico: con datos de placa: Marca Conexión AvK Y Potencia (kVA) 145 Tensión (V) 208 Corriente (A) 400 Factor de Potencia 0.8 R.P.M. 1800 Se observó, que las plantas generadoras de 312,6 kVA se encuentran en las siguientes condiciones; una de ellas ha sido sustituida por la planta generadora de 600 kVA (figuras 2.12 y 2.13), una se encuentran fuera de servicio por falta de repuestos (piezas descontinuadas) y equipos de mantenimiento (figura 2.14) y una se encuentra en condiciones relativamente operativas (figura 2.15), esto quiere decir que prende, arranca y genera pero no en óptimas condiciones. Es importante destacar que esta planta se utiliza sólo cuando la planta de 600 kVA se encuentra fuera de servicio, ya sea por mantenimiento o por cualquier otra circunstancia. La planta de 312,6 kVA no puede funcionar en sincronismo con la de 600 kVA debido a que no poseen las mismas revoluciones por minuto R.P.M. y este es uno de los datos más importantes para la sincronización. 28 Fig. 2.12. Planta generadora de 600 kVA (foto exterior). Fig. 2.13. Planta generadora de 600 kVA (foto interior). 29 Fig. 2.14. Planta generadora de 312,6 kVA. (Fuera de servicio). Fig. 2.15. Planta generadora de 312,6 kVA. (En condiciones relativamente operativas) 30 La generación de emergencia va por parte de la planta de 600 kVA cuyo origen es un préstamo otorgado por la empresa C.A.D.A.F.E. para salvaguardar la situación crítica en la que se encontraba la institución, hoy en día, se cuenta con dicha planta como ente principal de generación y como apoyo la planta de 312,6 kVA en casos de extrema necesidad. 2.13. Verificar el lugar donde podría ser colocada la planta de emergencia. El I.A.H.U.L.A. cuenta con un lugar destinado para la ubicación de las plantas de generación de emergencia. Su distribución y medidas se muestran en el plano 2.1, con un espacio útil de (19.28 m de largo x 8.08 m de ancho), en cuyo plano se observan 3 generadores, uno de 600 kVA con su llave de transferencia, la cual no funciona bajo los estándares establecidos debido a que la transferencia no es automática por completo, y dos de 312,6 kVA con un panel de control, el cual indica que planta generadora esta encendida y bajo que parámetros de operabilidad esta funcionando. SISTEMA DE ALARMA VIEJO LLAVE DE TRANSF. SANITARIO DORMITORIO DEPÓSITO MÓDULO DE PLANTA DE 600kVA MÓDULO DE PLANTA DE 312,6kVA MÓDULO DE PLANTA DE 312,6kVA SUB ESTACIÓN DE PLANTAS PANEL DE CONTROL Plano 2.1: Ubicación actual de las plantas de generación existentes. Para implementar una nueva distribución, se observa que se cuenta con suficiente espacio para la colocación de las baterías del grupo electrógeno de 500 kVA, estas son de 31 aproximadamente el mismo tamaño de la planta de 600 kVA. Su nueva distribución se observa en el plano 2.2. BANDEJAS PORTACABLES SANITARIO DORMITORIO DEPÓSITO GRUPO ELECTROGENO 500kVA GRUPO ELECTROGENO 500kVA GRUPO ELECTROGENO 500kVA GRUPO ELECTROGENO 500kVA Plano 2.2: Ubicación de las nuevas plantas de generación eléctrica propuesta por FUNDELEC. 2.14. Medir la Carga actual del I.A.H.U.L.A. Se realizaron 2 medidas. Una basada en instrumentos analógicos existentes en la sub estación y la otra con un equipo digital llamado MEMOBOX300. 2.14.1. Medición con instrumentos analógicos. Como en toda sub estación se cuenta con instrumentos de medición analógica, tales como TP y TC, los cuales aportan datos de tensión y corriente respectivamente, cuya visualización esta basada en amperímetros y voltímetros de aguja. Es importante destacar que a estas mediciones se le adjudican errores humanos, de paralaje y de precisión, pero son una buena referencia para los estudios realizados. 32 El procedimiento se basó en la medición durante 24 horas con períodos de medición de una hora. Con variables tensión (V) y corriente (A) tal como se muestra en la tabla 2.3. Tabla 2.3: Tensiones de línea, tensiones de fase y corrientes de fase de la sub estación del I.A.H.U.L.A. acometida San Jacinto obtenidas durante un período de veinticuatro horas. HORA VL12 (V) VL23(V) VL31(V) 24 200 205 200 1 200 205 200 2 200 205 200 3 205 207 200 4 205 206 200 5 205 205 200 6 207 207 203 7 203 205 205 8 200 200 202 9 200 200 203 10 194 194 194 11 195 195 195 12 195 195 190 13 200 200 198 14 195 205 200 15 198 205 200 16 198 200 200 17 198 200 200 18 200 205 205 19 200 205 205 20 195 195 190 21 197 200 190 22 200 205 197 23 205 207 205 V1(V) 120 115 119 115 123 120 120 102 100 100 101 102 107 115 110 112 110 110 115 115 115 120 110 120 V2(V) 120 120 120 117 117 120 123 103 100 100 102 105 110 115 110 112 110 110 115 115 115 120 115 125 V3(V) 118 116 118 115 115 120 120 103 102 104 105 100 107 110 110 110 105 115 120 120 115 105 110 120 I1(A) 550 500 450 450 450 450 500 720 780 690 700 850 750 750 760 705 780 680 780 780 500 600 600 500 I2(A) 508 506 500 500 400 450 500 700 760 760 780 800 750 600 670 670 680 670 720 720 450 650 650 500 I3(A) 450 500 450 450 350 350 450 690 700 750 760 675 625 550 595 590 590 590 600 600 450 500 500 450 Obtenidos dichos valores y utilizando la formula 2.8 se obtiene los valores de la demanda total monofásica eléctrica de cada una de las fases, las cuales se observan en la tabla 2.4. Con estos datos se calcula la demanda total de la acometida San Jacinto, a partir de los datos de cada una de las líneas obteniendo de esta manera los valores de Stotal1, Stotal2 y Stotal3 que representan a las demandas de las fases 1, 2 y 3 de la acometida San Jacinto respectivamente. 33 Tabla 2.4: Valores de demanda monofásica eléctrica. I.A.H.U.L.A. acometida San Jacinto. HORA 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Stotal1(VA) 66000 57500 53550 51750 55350 54000 60000 73440 78000 69000 70700 86700 80250 86250 83600 78960 85800 74800 89700 89700 57500 72000 66000 60000 Stotal2(VA) 60960 60720 60000 58500 46800 54000 61500 72100 76000 76000 79560 84000 82500 69000 73700 75040 74800 73700 82800 82800 51750 78000 74750 62500 Stotal3(VA) 53100 58000 53100 51750 40250 42000 54000 71070 71400 78000 79800 67500 66875 60500 65450 64900 61950 67850 72000 72000 51750 52500 55000 54000 Demanda Eléctrica (kVA) acometida San Jacinto 100 90 Potencia (kVA) 80 70 60 S1 50 S2 40 S3 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Tiempo (Hora) Gráfico 2.1: Demanda eléctrica del I.A.H.U.L.A., acometida San Jacinto. Potencia Vs. tiempo. 34 Al analizar se observa que los valores de dichas curvas no son iguales, pero su comportamiento es relativamente el mismo para cada tramo, debido a que se presentan caídas y subidas de tensión muy parecidas para momentos determinados en la curva, presentando una diferencia más notable para las horas pico que están comprendidas entre las 7am y 8pm, notándose un valor máximo de 89,7 kVA para la demanda total calculada a partir de los datos de línea número uno de la acometida San Jacinto. Para estos comportamientos definimos que las demandas están equilibradas entre si, debido a que la diferencia que presentan esta entre 0% y 48,57% (a las 9pm entre las fases 2 y 3) de la carga, esta diferencia es pequeña sabiendo que los equipos que se utilizan en un hospital son muy variados y no se utilizan de manera constante. Tabla 2.5: Tensiones de línea, tensiones de fase y corrientes de fase de la sub estación del I.A.H.U.L.A. acometida Santa Elena obtenidas durante un periodo de veinticuatro horas. HORA VL12 (V) VL23(V) VL31(V) 24 207 210 200 1 205 210 200 2 205 212 200 3 210 215 200 4 210 215 205 5 210 215 205 6 210 215 200 7 209 215 202 8 207 215 200 9 205 210 200 10 200 200 200 11 202 207 195 12 200 207 195 13 205 210 200 14 200 205 205 15 200 205 205 16 200 205 190 17 205 200 190 18 203 200 200 19 198 200 200 20 205 210 195 21 205 210 197 22 205 217 200 23 210 217 205 V1(V) 120 120 120 120 124 124 120 105 120 120 118 117 117 120 120 115 120 120 120 120 130 115 120 120 V2(V) 124 124 121 123 125 125 123 110 120 120 118 115 117 120 120 115 118 118 118 118 135 120 120 125 V3(V) 120 123 123 124 125 125 125 102 125 120 120 120 120 122 117 120 120 118 120 120 120 120 120 125 I1(A) 500 500 500 450 600 550 600 750 750 760 780 900 775 750 760 770 780 710 705 705 650 550 550 600 I2(A) 500 500 450 450 550 500 600 720 760 760 780 800 750 750 740 700 780 705 705 705 650 550 550 550 I3(A) 450 450 400 400 500 500 500 720 750 760 760 750 675 625 660 650 650 690 680 680 550 500 450 550 Mediante el procedimiento anterior se obtienen los valores de la tabla 2.6, los cuales están representados al igual que en la tabla 2.4 por Stotal1, Stotal2 y Stotal3 para referirse a las demandas totales de cada fase. 35 Tabla 2.6: Valores de demanda eléctrica. I.A.H.U.L.A. acometida Santa Elena. HORA 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Stotal1(VA) 60000 60000 60000 54000 74400 68200 72000 78750 90000 91200 92040 105300 90675 90000 91200 88550 93600 85200 84600 84600 84500 63250 66000 72000 Stotal2(VA) 62000 62000 54450 55350 68750 62500 73800 79200 91200 91200 92040 92000 87750 90000 88800 80500 92040 83190 83190 83190 87750 66000 66000 68750 Stotal3(VA) 54000 55350 49200 49600 62500 62500 62500 73440 93750 91200 91200 90000 81000 76250 77220 78000 78000 81420 81600 81600 66000 60000 54000 68750 Demanda Eléctrica (kVA) acometida Santa Elena 120 Potencia (kVA) 100 80 S1 S2 60 S3 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Tiempo (Hora) Gráfico 2.2: Demanda eléctrica del I.A.H.U.L.A., acometida Santa Elena. Potencia vs tiempo. 36 Analizando el gráfico 2.2 se observa que tiene un comportamiento parecido al del gráfico 2.1, con un aumento en la demanda para las horas picos de día y una caída considerable para las horas no laborables, encontrándose esta variación entre un 0% y un 32,95% entre las fases de la acometida, con valores para las curvas y comportamientos muy similares para cada tramo, debido a esto podemos deducir que el sistema esta relativamente balanceado en lo que cabe al funcionamiento del sistema ya que no tenemos variaciones muy significativas entre sus fases y la que existe es debido a que los equipos no trabajan todos en las mismas horas, entre los valores obtenidos de demanda se obtuvo un valor máximo de 105,3 kVA, este valor de demanda se encuentra en los datos calculados para la línea uno de la acometida Santa Elena, siendo este un valor alto pero considerable para el resto de las medidas. Para la obtención de las medidas digitales se trabajo con un Memobox 300 el cual se define como un instrumento de medida para registrar los parámetros eléctricos del sistema, supervisión de la calidad de potencia y para monitorear perturbaciones. Puede medir hasta 4 corrientes (Dos versiones: 1500 o 3000 Amperes por fase). Los valores registrados son almacenados dentro del equipo y la capacidad de almacenamiento dependerá de la rata de muestreo o de la información. Provee resultados óptimos de medición debido al diseño compacto y ligero, medición de esquemas fase a neutro y fase-fase, amplio rango de voltaje de entrada, transformadores de corriente del tipo flexible, IP65, Temperatura de Operación entre 10 ºC y 55 ºC, convertidor Analógico/Digital de 16 Bits, frecuencia de muestreo de 10.24 kHz. Posee las siguientes conexiones: a) Cuatro Cables de Colores para Voltajes: Rojo fase 1, Amarillo fase 2, Blanco fase 3, Azul Neutro. Cable Neutro terminal azul, neutro para la conexión de alimentación. Los canales de voltaje pueden medir señales de hasta 830 Voltios fase-fase en conexión delta y hasta 480 voltios fase- tierra. 37 b) Cuatro Cables Color Negro con indicadores de colores, Rojo, Amarillo, Blanco y Azul fases 1, 2, 3 y neutro respectivamente con transformadores de corriente color azul claro. Los canales de corriente poseen rangos nominales de 15,150 y 1500 Amperes o 30, 300 y 3000 Amperes con sensibilidad mínima de 6 Amperes para el primer caso y 12 amperes para el segundo. c) Puerto de Comunicación RA232: Para la comunicación entre el computador y el MEMOBOX 300. d) LED de Status: Indicación continua indica que el equipo se encuentra energizado. LED de Canales de Medición: I) Indicación Intermitente Lenta: No existe señal conectada o la señal posee bajo nivel. II) Indicación Intermitente Rápida: Sobrecarga del canal de Medición. III) Indicación Continua: El Canal esta en Orden. e) Dos cables para energizar el MEMOBOX 300. (Iban J. Peña S. Manual “Instrucciones de Operación LEM” 2007, pp. 2-4) 2.14.2. Medidas con Memobox300 Se realizaran medidas más exactas que las obtenidas a través de los instrumentos analógicos, ya que en este caso se descartan los errores humanos, de paralaje y de precisión. Este procedimiento se basa en la medición de varios días para poder observar las variaciones por semana y verificar la demanda en las horas y los días de mayor consumo para cada acometida de alimentación de la sub estación. Se presentan a continuación varias gráficas los cuales se definen como: demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A para la acometida San Jacinto tomada por siete días, demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A. para la acometida San Jacinto tomada por veinticuatro horas, demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A para la acometida Santa Elena tomada por siete días, demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A. para la acometida Santa Elena tomada por veinticuatro horas, respectivamente. Gráfico 2.3: Demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., acometida San Jacinto (Memobox300) Potencia vs. Tiempo. 38 Gráfico 2.4: Demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., por 24 horas de la acometida San Jacinto (Memobox300) Potencia vs. Tiempo. 39 Gráfico 2.5: Demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., acometida Santa Elena (Memobox300) Potencia vs. Tiempo. 40 Gráfico 2.6: Demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., por 24 horas de la acometida Santa Elena (Memobox300) Potencia vs. Tiempo. 41 Gráfico 2.7: Interrupciones ocurridas durante el periodo de medición de Demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A., acometida Santa Elena (Memobox300) Potencia vs. Tiempo 42 43 En la gráfico 2.3 se observa la demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A. la cual es suministrada por la acometida San Jacinto. Estas medidas fueron tomadas por un Memobox300 en un lapso de siete (7) días para obtener una óptima observación de consumo. Las fases se representan de la siguiente manera: fase 1 (azul), fase 2 (rojo) y fase 3 (verde). Se observa que las cargas están balanceadas, ya que no existe una diferencia substancial entre ellas; en los momentos de subidas y caídas del consumo, las tres (3) fases se comportan de manera similar. Los días de mayor consumo están comprendidos entre lunes y viernes, observando que sábados y domingos existe una menor demanda. El pico mas alto en cuanto a la Smáx se presenta en la línea 2, con un valor aproximado a 175 kVA. En la gráfico 2.4 se representa la demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A. de la acometida San Jacinto por un tiempo de veinticuatro (24) horas, en el cual las fases están representadas por; fase 1 (azul), fase 2 (rojo) y fase 3 (verde). La mayor demanda está comprendida entre las 6am y 2pm, siendo éstas las horas pico de consumo dentro de la institución. Entre las 2pm y 6pm aproximadamente, el pico esta entre la demanda máxima y la minima. Comparando con la demanda tomada para la misma acometida por medio de instrumentos analógicos, se observa que la tendencia entre los graficos es muy parecida, ya que presentan las mismas horas de consumo, resaltando el hecho de que con el Memobox300 se observa un sistema un poco mas equilibrado. En la gráfico 2.5 se observa la demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A. la cual es suministrada por la acometida Santa Elena. Estas medidas al igual que las anteriores fueron tomadas por un Memobox300 en un lapso de siete (7) días para obtener una óptima observación de consumo. Las fases se representan de la siguiente manera: fase 1 (azul), fase 2 (rojo) y fase 3 (verde). Se observa que las cargas están balanceadas, ya que no se aprecia entre ellas una diferencia substancial, siendo en este caso la fase 3 la de mayor consumo con un Smáx de 44 120kVA aproximadamente, y presentando una distorsión mayor que la consumida por la acometida San Jacinto, dado que esta fase es la que presenta el pico máximo y al mismo tiempo el mínimo consumo de la demanda de esta acometida. Observamos una caída de tensión para las tres fases, debido a un corte comercial de energía. También se determina que los días de mayor consumo están comprendidos entre el lunes y viernes, observando que sábados y domingos tienen menor demanda. En la gráfico 2.6 se representa la demanda eléctrica por fase del I.A.H.U.L.A. de la acometida Santa Elena por un tiempo de veinticuatro (24) horas, en el cual las fases están representadas por; fase 1 (azul), fase 2 (rojo) y fase 3 (verde). La mayor demanda está comprendida entre las 6am y 2pm, siendo éstas las horas pico de consumo dentro de la institución; luego se observa una caída, pero se mantiene mas alta que la demanda mínima del sistema, y a partir de las 10pm hasta las 6am la demanda se mantiene en el consumo mínimo. Comparando con la demanda tomada para la misma acometida por medio de instrumentos analógicos, se observa que la tendencia entre los graficos es muy parecida, ya que presentan las mismas horas de consumo, además de evidenciarse una similitud al caso anterior, donde con el Memobox300 se observa un sistema un poco más equilibrado. En el gráfico 2.7 Se puede observar que se presentan tres (3) interrupciones en la demanda eléctrica de la acometida Santa Elena. Estas interrupciones en las medidas del Memobox300 se deben a 3 caídas de tensión consecutivas durante el día. Al momento de presentarse dichas caídas, el sistema de emergencia debe actuar instantáneamente, y posteriormente, al momento de estabilizarse, el sistema de emergencia debe interrumpir su suministro, para permitir la restitución del sistema comercial de energía. 45 CAPÍTULO III SISTEMA DE GENERACIÓN DE EMERGENCIA DEL I.A.H.U.L.A A continuación se explicarán los criterios de selección de la planta de generación a implementar en el nuevo sistema de generación de emergencia, al igual que la selección de los conductores y canalizaciones del sistema, las protecciones más adecuadas y un estudio del sistema de transferencia a ser implementado. 3.1. Selección de la planta de emergencia a ser utilizada. El sistema de generación de emergencia del I.A.H.U.L.A. tiene en funcionamiento más de 35 años, en el transcurso de este tiempo las modificaciones en el sistema han sido sin una planificación adecuada para tal fin, por tal motivo el aumento en el consumo de la energía eléctrica ha traído como consecuencia que el sistema de generación de emergencia no este en óptimas condiciones de funcionamiento, es por ello que se desea diseñar un sistema adecuado para que la demanda actual del hospital sea abarcada completa y satisfactoriamente cuando los sistemas de alimentación principal de energía fallen. En la actualidad existen muchos tipos de generadores de emergencia con características, formas y capacidades propias de cada marca, entre las cuales se encuentran marcas como OTTOMOTORES, PLANELEC, STAMFORD, SCANIA, entre otros. 46 La información detallada de cada uno de los generadores nombrados anteriormente se encuentra en el anexo 1, incluyéndose cada uno de sus planos y sus características más importantes. Comparando los generadores de emergencia nombrados anteriormente, se puede observar que la solución más apta para ser instaladas en la planta son los generadores del grupo electrógeno SCANIA; siendo estos los más adecuados, debido a las siguientes características: presenta un cilindraje mayor a los demás generadores estudiados, su arquitectura (dimensiones, disposición) es parecida a los generadores actuales, lo que facilita la labor de montaje; requiere un mantenimiento cada 400 horas, y de existir un sobrecalentamiento del agua de enfriamiento y baja presión de aceite, el motor se detiene. Dichas características resaltan con respecto a las demás plantas de generación; aparte, es importante destacar que dicho generador es el propuesto por FUNDELEC después de haber realizado un estudio más amplio sobre el tema. Grupo electrogeno Scania: • Marca: SCANIA. • Modelo: DC1643A. • Tipo: Inyección Electrónica, turbo compresor de sobre alimentación. 8 Cilindros “V”. • Sistema de Gobernación: Electrónico Original. • Sistema Eléctrico: 24 Vcc con alternador para carga de las baterías. • Consumo Específico de Combustible. • Sistema de Precalentamiento: Por resistencia eléctrica intercalada en el circuito de refrigeración. • Sistema de Protección: Por alta temperatura del agua, nivel de agua del radiador y baja presión del aceite, provocando parada del motor en caso de sobrecalentamiento del agua de enfriamiento y baja presión del aceite lubricante. • Bomba Manual para retirar el aceite lubricante del cárter del motor. • Sistema de Enfriamiento: Radiador, Ventilador y Bomba Centrifuga. 3.2. Conductores y Canalizaciones. 47 3.2.1. Selección de los Conductores. La escogencia del conductor tiene como finalidad seleccionar aquel que cumpla con las especificaciones establecidas en las normas, para que su funcionamiento sea el más óptimo y no sufra daños por sobrecorriente. Para ello es necesario seleccionar un conductor que soporte el 125% de la carga nominal. Cuando el diseño y la operación del generador eviten las sobrecargas, la ampacidad de los conductores no será menor al 100% de la corriente nominal de la placa de características del generador. (CEN, 2004, pp 345, sección 445.13). Según formula 2.9 se obtiene un valor para la corriente de la acometida del generador de 1387,86 (A). Si se selecciona un conductor de 500 MCM se debe determinar el número de conductores por fase, esto se calcula de la siguiente manera: NC Iacom generador (3.1) Incond De donde se obtienen 4 conductores por fase, con los cuales se hace el cálculo de la corriente que circula por cada uno de ellos, obteniendo la corriente real de operación de cada conductor: I realcond Iacom generador NC ( A) (3.2) La cual da como resultado 346,965 (A). Produciendo una carga en los conductores de 91,3%, según la formula 3.4. Lo cual da una holgura de 8.7% para cada uno de los conductores. I c arg a I real u 100 Incond (3.3) Como el grupo a instalar posee las mismas características estos resultados son iguales para cada uno de ellos. 48 Del diseño anterior del hospital, se pueden tomar en cuenta, que la escogencia de los conductores es la más adecuada, ya que son los mismos que se están utilizando para los generadores en funcionamiento. Actualmente los generadores tienen 4 conductores por fase de 500 MCM, por esta razón se escogen los mismos tipos para evitar que se hagan más gastos por parte de las autoridades del I.A.H.U.L.A. es decir, se pueden aprovechar en un 80% los conductores ya existentes, esto se debe a que algunos conductores han sido mutilados, empalmados o han sido victimas de sobretensiones, ocasionando esto un funcionamiento no optimo del mismo. 3.2.2. Selección de las Canalizaciones. Luego de haber seleccionado el tipo, calibre y el número de conductores por fase, se debe escoger el tipo de canalización por donde serán conducidos hasta su destino final: la sub estación del I.A.H.U.L.A. En la actualidad se utilizan bandejas portacables, ya que constituyen un sistema de apoyo rígido continuo diseñado para llevar cables eléctricos, es una forma segura de conducir grandes números de cables a distancias considerables entre su punto de origen y destino debido a que soportan grandes pesos. La bandeja portacables de tamaño adecuada para una determinada aplicación depende del voltaje del sistema y del tipo del fondo de la bandeja seleccionada (CEN, 1999, sección 318). Basados en el Manual de Canalizaciones por Sistemas de Bandejas Portacables de Gedisa, capitulo 2, al momento de diseñar y planificar un sistema de canalización por bandejas portacables es importante destacar que existen varios factores que influyen en la mejor decisión para la selección de las mismas, como: x Materiales y Acabado. x Tipos de fondo de la bandeja portacables. 49 x Clase de designación NEMA. x Dimensiones / Altura cargante / Ancho de la bandeja. x Deflexión. x Longitud de las secciones rectas. x Radio de curvatura de curvas. x Localización de los soportes para las bandejas portacables. x Conexión eléctrica de puesta a tierra. Cada uno de estos factores se explican de manera detallada en el anexo 2, en el cual se observan algunos ejemplos para la selección de la bandeja portacables más adecuada para cualquier tipo de instalación. 3.3. Protección del Sistema de Generación. Los generadores representan el equipo más caro en un sistema eléctrico de potencia y se encuentran sometidos, más que ningún otro equipo del sistema, a los más diversos tipos de condiciones anormales, es por esto que necesitan de un gran número de protecciones que detecten esas situaciones. Las protecciones deben seleccionarse de acuerdo a las siguientes características: .- Sensibilidad: esta característica es la que indica que se detecten y opere la protección con señales pequeñas. .- Selectividad: cuando el sistema presenta una falla, debe operar la protección mas cercana a esta, sin interrumpir la energía que alimenta las otras áreas del sistema, seleccionando así solo los interruptores necesarios que liberen la falla. .- Velocidad: esta es fundamental para que los daños en la zona de la falla sean los mínimos posibles y para evitar que el sistema salga de sincronismo. La velocidad depende de la magnitud de la falla y de la coordinación con las otras protecciones. 50 .- Confiabilidad: al igual que la velocidad es uno de los mas importantes, ya que un relevador puede ser muy rápido y en un momento critico puede fallar, es por esto que un relevador debe adquirirse de un fabricante de prestigio, tener buen mantenimiento, estar bien ajustados y en general brindar la seguridad de que no va a fallar cuando mas se necesita su operación. .- Precio: este es un factor relativamente poco importante, si se compara con el resto del equipo de la instalación, por lo que debe tratarse de adquirir el de mejor calidad posible. Entre las fallas más comunes que deben ser detectadas y son ocasionadas por condiciones anormales tenemos; recalentamiento, corrientes desequilibradas, perdida de excitación, saturación, sobrevoltaje, potencia inversa, baja frecuencia, perdida de sincronismo, funcionamiento como motor, vibraciones, lubricación deficiente, etc. En este ítem se estudian las protecciones mas importantes para el generador a emplear cuyos datos de placa se presentan en la tabla 3.1. Tabla 3.1: Capacidad de la planta SCANIA. Corriente de salida Potencia Frecuencia Tensión 1312 A 500 kVA 60 Hz 120/220 V 3.3.1. Protección con relés de sobrevoltaje y sobrecorriente “Cuando el neutro del generador esta conectado a tierra a través de un transformador de distribución y una resistencia, es posible detectar las fallas a tierra con un relé de sobretensión” (Ricardo Stephens. Protección de sistemas de potencia. Capitulo 7. pp7.20). 51 El voltaje mínimo de operación del relé de sobretensión debe ser muy cercano a cero, en la practica esta entre 3V y 5V, lo cual hace que no se puedan detectar fallas que estén cercanas al neutro del generador. Esta protección abarca un 95% de la protección del generador. La protección de sobretensión se puede respaldar con una protección de sobrecorriente, conectada en el neutro del generador cuya relación puede ser 5/5 o 5/1, o conectada en el secundario del transformador de distribución y su relación debe ser tal que la máxima corriente por el relé sea igual a la máxima corriente primaria de falla en el generador. 3.3.2. Protección contra corrientes desequilibradas. “En condiciones normales las corrientes de un generador son trifásicas equilibradas y producen un campo magnético que gira a la misma velocidad y sentido que el rotor; por consiguiente este campo magnético no induce ningún voltaje en el rotor o sus conductores. Cuando por el estator de un generador circulan corrientes trifásicas desequilibradas se producen corrientes de secuencia negativa.” (Ricardo Stephens. Protección de sistemas de potencia. Capitulo 7. pp7.38), este fenómeno produce un calentamiento excesivo en el rotor y se debe detectar a tiempo. Entre las causas principales para desequilibrar las corrientes del estator tenemos; cargas desequilibradas, una fase abierta y cortocircuitos asimétricos no despejados oportunamente. El relé utilizado para proteger al generador contra las corrientes desequilibradas debe tener la característica K por debajo de K= I2 t, definida está por el fabricante entre 1 y 100, en el caso de relés electromecánicos, o debe coincidir con ella como en el caso de los relés digitales. 3.3.3. Protección contra sobrevoltaje. 52 Cuando a un generador se le desconecta la carga, la tensión aumenta debido a que el efecto desmagnetizante de la corriente de armadura se pierde y la velocidad aumenta. A pesar de que la tensión aumente es posible que la protección contra saturación no actúe, si esto ocurre no es conveniente que el generador quede en funcionamiento con esta tensión elevada porque se daña el aislamiento. Si el regulador de tensión funciona correctamente, regula la excitación y lleva los niveles de tensión a los límites normales. Es conveniente la implementación de una protección de respaldo con relés de sobrevoltaje. Se utiliza un relé temporizado de tipo inverso con un ajuste de 110% de la tensión nominal y un retardo de un minuto y un relé instantáneo con un pequeño retardo fijo con ajuste de 130% y 150% de la tensión nominal y retardo de 6 segundos. 3.3.4. Protección contra potencia inversa. “Cuando la maquina motriz del generador deja de suministrarle potencia activa, este toma del sistema la potencia necesaria para alimentar las perdidas de potencia y mover la turbina. En este caso el generador pasaría a funcionar como un motor sincrónico. En la practica, el generador no tiene problemas al trabajar como motor, pero la maquina motriz puede sufrir daños.” (Ricardo Stephens. Protección de sistemas de potencia. Capitulo 7. pp7.52). Los relés de potencia inversa son temporizados y así evitan las operaciones incorrectas durante la sincronización del generador, el ajuste mínimo esta entre 0,5% de la potencia nominal y se conecta para operar cuando la potencia fluye hacia el generador. Las protecciones descritas anteriormente son unas de las mas utilizadas para los sistemas de protección de los generadores, actualmente se utilizan relés multifunción los cuales tienen integrados muchas protecciones en un solo relé, esto hace que se reduzcan los problemas por espacio o por cableado de los mismos. Entre estos relés se encuentra el MIG II de General Electric, familia MII Protección Digital de Generador, cuyas especificaciones se encuentran en el anexo 3. 53 Los generadores SCANIA con baterías de 500kVA tienen la característica de que poseen un sistema de protección mecánico con las siguientes características: por alta temperatura del agua, nivel de agua del radiador y baja presión del aceite, provocando parada del motor en caso de sobrecalentamiento del agua de enfriamiento y baja presión del aceite lubricante. 3.4. Estudio y selección del transfer a utilizar. Según especificaciones antes descritas y teniendo en cuenta que la única vía de generación de emergencia es la planta de 600kVA, el cual posee un sistema de transferencia automático, con un armario y un panel de transferencia. Actualmente, este sistema automático no se encuentra activado, debido a que se reutilizaron los conductores que poseían las plantas anteriores y, por cuestiones de carga, seguridad y continuidad de servicio, se realiza de forma manual. El switch de transferencia, bajo estas condiciones, actúa como una protección. Como el sistema es manual, se crea un relativo tiempo de retraso y, al momento de estabilizarse el servicio eléctrico principal, se realizan unas comparaciones de tensión y corriente para proceder a la desactivación de la planta. Por otro lado, se cuenta con un generador de inercia, el cual entra en servicio de forma inmediata a cualquier falla (ya sea por un instante de tiempo o de forma prolongada). Ésta se desactiva al momento de percibir la estabilidad del sistema, ya sea por parte de C.A.D.A.F.E. o por parte del sistema de emergencia del I.A.H.U.L.A. En el armario de distribución principal, se cuenta con la barra de transferencia, la cual, al igual que en el sistema de emergencia, es de forma manual. El operador, al momento de presentarse una falla, debe mover un seleccionador el cual desactiva las barras de alimentación principal y da curso al sistema de emergencia. Las plantas seleccionadas poseen también llaves de transferencia automáticas, las cuales, por poseer las mismas condiciones de funcionamiento, pueden operar de dos en dos, es decir, dos por cada acometida, de una en una, solo tres o cuatro para una sola acometida. 54 Para que estas condiciones sean las más optimas, se deben utilizar las llaves de transferencia originales de cada planta, funcionando éstas de forma automática y siendo coordinadas o gobernadas por un panel principal el cual seleccione y sincronice el número de plantas necesarias por acometida. Con respecto a la barra de transferencia principal, se recomienda la implementación de un sistema automatizado que sea capaz de identificar la falla, desconectar el sistema de alimentación principal y dar curso al sistema de emergencia. 55 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES x Luego de realizarse un recorrido exhaustivo por las instalaciones del I.A.H.U.L.A., se constató que el estado actual da la planta de generación no se encuentra en óptimas condiciones para suplir la demanda actual de la institución; es por ello que se recomienda la instalación de un nuevo grupo de generadores que cumpla con las características planteadas en este estudio, a fin de subsanar dicha problemática actual x Actualmente, se cuenta con un espacio físico donde se encuentran instalados los equipos de emergencia en funcionamiento; dicho espacio concuerda con las descripciones requeridas para albergar los generadores del grupo electrógeno SCANIA de 500 kVA. propuestos en esta investigación x Después de realizar las medidas pertinentes en las diferentes acometidas de alimentación, se constató que los resultados obtenidos con el equipo digital poseen una mayor exactitud, ya que se evitan errores de cualquier tipo (paralaje, error humano, entre otros). Los equipos analógicos sufren desgastes y con el tiempo producen imprecisiones. x Se estudiaron las características principales de generadores de emergencia de distintas marcas, formas y capacidades; en base a esto se evidenció que la solución más apta es la propuesta por F.U.D.E.L.E.C. x Se estudio la selección del switch de transferencia a implementar para cada generador y se confirmo que la solución mas óptima es la utilización de las llaves de transferencia originales de cada planta debido a que estas pueden ser gobernadas o coordinadas paralelamente por un panel principal. x Se recomienda en un 80% y no en un 100% la utilización de los conductores existentes para la instalación de los nuevos generadores debido a desgastes y daños generales en 56 los mismos. También, es recomendado utilizar las bandejas portacables propuestas, ya que estas subsanan la necesidad de las canalizaciones necesarias y constituyen un sistema de apoyo rígido continuo para conducir los cables eléctricos de forma segura hasta su destino final. x Se recomienda la utilización de relés multifunción de protección para los generadores, debido a que estos evitan problemas de espacio y cableado que facilitan su instalación y desempeño. x Es aconsejable utilizar las llaves de transferencia originales de cada planta generadora trabajando de forma automática, ya que esto evitaría problemas y errores humanos al momento de un fallo de energía eléctrica comercial. 57 REFERENCIAS Canabal, Carlos y Cadena, Edmundo (1996). Auditoria Técnica de Sistemas Eléctricos de Potencia Industrial. Caracas: Graficas Guarino. Chapman, Stephen J. (1993). Máquinas Eléctricas. Segunda Edición. Santa Fe de Bogota, Colombia: McGraw-Hill Internacional, S.A. Conductores Eléctricos. (2008). Disponible en: http://conductores\ConductoresEléctricosApuntesdeIngenieríaEléctricayElectrónica.mht). Consultado en septiembre, 2008. Dorf-Svoboda. (2003). Circuitos Eléctricos. 5ª. Edición. Mexico: Alfaomega grupo editor, S.A de C.V. Generadores. (2008). Disponible en: http://statefarm. convertlanguage. com/ statefarm/ enes/24/_ www_statefarm_com/learning/loss_prevent/learning_lossprev_ generators. asp. Consultado en abril, 2008. Generadores de corriente alterna. (2008). Disponible en: http:// html.rincondelvago. com/ generadores-electricos.html. Consultado en septiembre, 2008. Manual de canalizaciones por sistemas de Bandejas Portacables de GEDISA, Capítulo 2. (2008). Disponible en: Gedisa_CatálogoBandejasPortacable.mht. Consultado en diciembre, 2008. Manual de Normas y Criterios para proyectos de Instalaciones Eléctricas, Tomo III. (1968). (Manual del MOP). NORMA VENEZOLANA, FONONORMA 445.13. (2004). Código Eléctrico Nacional. 7ma revisión. CODELECTRA. Caracas. Panel de Transferencia. (2008). Disponible en: http://www.sertec.com.py/telergia/telergia/info rmaciones/especificaciones_grupo_electrogeno.htm. Consultado en: noviembre, 2008. Peña S, Iban J. (2007). Manual “Instrucciones de Operación LEM”. Universidad de Los Andes. Mérida, Venezuela. Stephens L, Ricardo. (2005). Protección de Generadores. Protecciones de Sistemas de Potencia. Universidad de Los Andes. Mérida, Venezuela. ENGINE SERIES NTA ENGINE DATA SHEET 60 hz. Authorized Distributor of Power Systems Munradtech LTD CHARACTERISTICS Brand: Type: Engine: Gross engine power output: Cylinder: Bore x Stroke: Displacement: Piston speed: Compression Ratio: Fuel Consumption: Aspiration: Electrical System: Oil Total Sistem Capacity: Electric Governor: Water Preheater: NTA855G2 - 300 kW Cummins 4 Cycle. NTA855G2 465 BHP a 1800 rpm. 6 In Line. 140 x 152 mm. 14.0 Lts. 9.1 m / Seg. 14.0 : 1 89.0 Lts. / Hrs. Turbocharged and Aftercooled. 24 Volts. 38.6 Lts. Electronic. 1000 Watts. External. NTA855G3 - 350 kW NTA855G5 - 400 kW Cummins 4 Cycle. NTA855G3 535 BHP a 1800 rpm. 6 In Line. 140 x 152 mm. 14.0 Lts. 9.1 m / Seg. 14.0 : 1 96.0 Lts. / Hrs. Turbocharged and Aftercooled. 24 Volts. 38.6 Lts. Electronic. 1000 Watts. External. Cummins 4 Cycle. NTA855G5 605 BHP a 1800 rpm. 6 In Line. 140 x 152 mm. 14.0 Lts. 9.1 m / Seg. 14.0 : 1 110.0 Lts. / Hrs. Turbocharged and Aftercooled. 24 Volts. 36.7 Lts. Electronic. 1000 Watts. External. For more drawings with different generators visit our web site 1.14 mts. For more drawings with different generators visit our web site 1.84 mts. 3.15 mts. Ottomotores, S.A de C.V. Calz. San Lorenzo No.1150 Col. Cerro de la estrella, C.P. 09860 Delg. Iztapalapa México, D.F. Tels:52-55-5624-5600 Fax: 52-55-5426-5521 / 52-55-5426-5581 Sales: ventas@ottomotores.com.mx Web site: www.ottomotores.com.mx MODELS CNE400 CNY350 CNY400 69.00 TOP VIEW Box Connection Generador Air Filter Start motor SIDE VIEW 196.00 315.00 162.55 Return Customer: Ø out:10¨ Ø in:5¨ (4X) holes Ø 11/16¨ Turbocharger Ø out:10¨ Ø in:5¨ 106.55 inlet S/O: 50.00 28.40 Rev. Radiator FRONT VIEW 86.00 90.00 2.00 4 PZS Reviews Description Date Certificated Date: JAN 05th 2005 Revised: F.H.M. Code: CNE/Y-10 Scale: s/e Of: FO 023-0 Draw: Dept.: Engineering Marks: cms F.H.M. Date: JAN 05th 2005 Certificated: Ottomotores keeps the right to change the information with out prior notice Date: JAN 05th 2005 R.G.C. CUMMINS ENGINE NTA855G3/G4/G5 - STAMFORD ALTERNATOR Draw: Title: -TOTAL WEIGHT COULD VARY CHECK RATING CHART FOR EACH MODEL -THE GENSET DIMENSIONS ARE THE SAME BY FAMILY MODEL, THERE COULD BE ONLY DIFFERENCES ON THE ALTERNATOR LENGHT SEE SPECIFIC GENERAL ARRAGEMENT DRAWING OF CERTEIN MODEL 2.00 # SPRING AVMS: OV-12-6H NTA855G3/G4/G5 AH1135 BP-NTAG3-STF BP-NTAG5-STF DESCRIPTION RADIATOR: ENGINE: AIR: FILTER BASE FRAME: PLANELEC Hoja 1 ESPECIFICACIONES GENERALES DESCRIPCION Marca Modelo Potencia servicio emergencia ESPECIFICACIONES PLANELEC UNIDADES 9A0410 Potencia servicio continuo Voltaje nominal de generación Capacidad emergencia hasta Capacidad continua hasta Temperatura de operación Peso aproximado Dimensiones L X A X H (aprox.) Factor de potencia Frecuencia Regulación de voltaje Regulación de frecuencia Numero de fases Numero de hilos Tiempo para proporcionar plena carga en unidades automáticas 410 513 240/139 480/277 760 38 3,235 305X115X193 0.80 60 r1 r 0.25 3 4 5A8 www.planelec.com Kw kVa Kw kVa Volts Volts MSNM. MSNM. ºC Kg. cm. Hz % % Segundos PLANELEC Hoja 5 II.-GENERADOR El generador y el motor se encuentran acoplados directamente, formando una unidad compacta de alineamiento permanente. El generador es trifásico de corriente alterna, fabricado por Stamford o equivalente, construido de acuerdo a normas NEMA; con aislamiento clase H para ambientes húmedos, marinizado y para ambientes corrosivos. Apropiado para un mínimo de mantenimiento por no tener anillos colectores, conmutador de delgas, ni escobillas, siendo su regulación totalmente estática sin piezas sujetas a fricción. DESCRIPCION Marca Tipo Potencia servicio emergencia Potencia servicio continuo Voltaje nominal entre fases ajuste ± 10% Eficiencia Factor de potencia Frecuencia Velocidad angular Auto excitado Autorregulado Regulación de voltaje; de vacío a plena carga Equilibrio de fases con carga equilibrada. Modulación uniforme de voltaje que no excederá de Capacidad de sobrecarga para el arranque de motores Capacidad de sobrecarga por minuto en el arranque de motores. ESPECIFICACIONES UNIDADES STAMFORD STAMFORD NEWAGE 410 513 240/139 480/277 0.9340 0.8 60 1800 SI SI r1 1 - ½ DE 1 200 50 % www.planelec.com Kw KVa Kw Kva Volts Hz RPM % % % % / kVa DC 16 43 A Grupo Electrógeno Prime Power (PRP) 439 kW (1.500 r.p.m.) / 438 kW (1.800 r.p.m.) Maximum Stand by Power (ESP) 481 kW (1.500 r.p.m.) / 480 kW (1.800 r.p.m.) CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS: Número de cilindros en 90º V Cilindrada (dm3) Diámetro / carrera (mm) Velocidad media del pistón (m/s) Relación de compresión Potencia máxima (kW) Peso (excluidos agua y aceite) (Kg) 8 15,60 127/154 8,47 18:1 439 1290 Revoluciones (rpm) Revoluciones a ralentí (rpm) Consumo específico de combustible (g/kWh) Capacidad aceite (dm3) Intervalos cambio aceite (h) Temperatura agua refrigeración (ºC) El fabricante se reserva el derecho de modificar las especificaciones sin previo aviso 1.800 700 192 a 1.500 35 400 75-85 Edición: 2007 / 10 Página: 3 de 7 DC 16 44 A Grupo Electrógeno Prime Power (PRP) 481 kW (1.500 r.p.m.) / 481 kW (1.800 r.p.m.) Maximum Stand by Power (ESP) 523 kW (1.500 r.p.m.) / 523 kW (1.800 r.p.m.) CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS: Número de cilindros en 90º V Cilindrada (dm3) Diámetro / carrera (mm) Velocidad media del pistón (m/s) Relación de compresión Potencia máxima (kW) Peso (excluidos agua y aceite) (Kg) 8 15,60 127/154 8,47 16:1 523 1290 Revoluciones (rpm) Revoluciones a ralentí (rpm) Consumo específico de combustible (g/kWh) Capacidad aceite (dm3) Intervalos cambio aceite (h) Temperatura agua refrigeración (ºC) El fabricante se reserva el derecho de modificar las especificaciones sin previo aviso 1.800 700 195 a 1.500 35 400 75-85 Edición: 2007 / 10 Página: 3 de 7 DC 16 45 A Grupo Electrógeno Prime Power (PRP) 439 kW (1.500 r.p.m.) / 438 kW (1.800 r.p.m.) Maximum Stand by Power (ESP) 481 kW (1.500 r.p.m.) / 480 kW (1.800 r.p.m.) CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS: Número de cilindros en 90º V Cilindrada (dm3) Diámetro / carrera (mm) Velocidad media del pistón (m/s) Relación de compresión Potencia máxima (kW) Peso (excluidos agua y aceite) (Kg) 8 15,60 127/154 8,47 18:1 439 1290 Revoluciones (rpm) Revoluciones a ralentí (rpm) Consumo específico de combustible (g/kWh) Capacidad aceite (dm3) Intervalos cambio aceite (h) Temperatura agua refrigeración (ºC) El fabricante se reserva el derecho de modificar las especificaciones sin previo aviso 1.800 700 196 a 1.500 35 400 75-85 Edición: 2007 / 10 Página: 3 de 7 DC 16 46 A Grupo Electrógeno Prime Power (PRP) 523 Kw (1.800 r.p.m.) Maximum Stand by Power (ESP) 567 Kw (1.800 r.p.m.) CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS: Número de cilindros en 90º V Cilindrada (dm3) Diámetro / carrera (mm) Velocidad media del pistón (m/s) Relación de compresión Potencia máxima (kW) Peso (excluidos agua y aceite) (Kg) 8 15,60 127/154 8,47 16:1 523 1290 Revoluciones (rpm) Revoluciones a ralentí (rpm) Consumo específico de combustible (g/kWh) Capacidad aceite (dm3) Intervalos cambio aceite (h) Temperatura agua refrigeración (ºC) El fabricante se reserva el derecho de modificar las especificaciones sin previo aviso 1.800 700 202 a 1.800 35 400 75-85 Edición: 2007 / 10 Página: 3 de 7 FAMILIA MII PROTECCIÓN DIGITAL DE GENERADOR Protección de tres fases y tierra para generadores y máquinas VENTAJAS CLAVE ■ Reducidos costes de mantenimiento y resolución de problemas - registro de eventos y oscilografía analógica/digital ■ Protección mediante contraseña para operación local ■ Flexibilidad de diseño - lógica programable fácil de utilizar ■ Fuente de alimentación CC/CA ■ Acceso a la información - comunicaciones en ModBus RTU ■ Interfaz de usuario mejorado ■ Lógica, curvas, entradas, salidas y LEDs programables ■ Acceso mediante teclado frontal o comunicaciones ■ Acompañe la evolución tecnológica - memoria flash para actualizaciones en campo ■ Compatible con EnerVista ■ Dos grupos de ajustes ■ Display automático de la información de la última falta ■ Puerto serie RS232 aislado APLICACIONES ■ Generadores y motores de pequeño tamaño ■ Protección de motores de pequeño tamaño ■ Componente para protección de grandes generadores ■ Protección de transformador CARACTERÍSTICAS Protección y Control Monitorización y Medida ■ Sobreintensidad temporizada e instantánea de fase y tierra ■ Registro de 24 eventos ■ Protección de imagen térmica ■ Control del interruptor (abrir y cerrar) ■ Oscilografía analógica/digital ■ Protección de secuencia inversa ■ Protección diferencial de tierra restringida ■ Protección de mínima intensidad ■ Número máximo de arranques ■ Rotor bloqueado ■ E/S configurables ■ 6 salidas: disparo, servicio requerido, 4 auxiliares ■ 4 curvas de sobreintensidad pre-programadas (ANSI, IEC) ■ Medida de intensidad por fase ■ Monitorización de información de los últimos 5 disparos desde el display Interfaz de Usuario ■ Display LCD de 2x16 caracteres ■ 6 indicadores LED, 4 configurables en función y color ■ Puertos, frontal RS232 y trasero RS485 utilizando protocolo ModBus® RTU hasta 19,200 bps ■ Software EnerVista - un conjunto de herramientas líder en la industria que simplifica todas las facetas del trabajo con dispositivos GE Multilin GE Consumer & Industrial Multilin 1 MIGII Protección de Generador Descripción Protección El MIG II es un relé basado en microprocesador que ofrece protección primaria para máquinas eléctricas. Su aplicación principal es la protección de equipos de generación, si bien puede utilizarse también para la protección de motores. Sobreintensidad Temporizada de Fases (51P) Unidad de Imagen Térmica (49) El MIG II ofrece protección de sobreintensidad temporizada ajustable entre 0.1 y 2.4 veces In. Pueden seleccionarse cuatro curvas diferentes ANSI o IEC además de una configurable por el usuario. Las curvas ANSI e IEC incluyen: tiempo definido, normalmente inversa, muy inversa y extremadamente inversa. Cada curva puede ajustarse con diales de tiempo personalizados. Esto permite una óptima coordinación con fusibles, alimentadores, motores, transformadores, etc. Las funciones de protección básicas incluyen secuencia inversa, protección de imagen térima, sobreintensidad temporizada trifásica y de tierra, sobreintensidad instantánea de fases y tierra, mínima intensidad, y número de arranques y tiempo entre arranques. Cada elemento de protección puede ser habilitado a través del panel frontal o mediante comunicaciones. La flexibilidad de los ajustes y las curvas seleccionables ANSI o IEC facilitan una coordinación precisa con otros dispositivos. El MIG II incluye dos entradas y seis salidas digitales configurables, además de seis indicadores LED programables. El panel frontal incluye además un teclado de cinco teclas y un display de 16x2 caracteres que ofrecen una interfaz de usuario efectiva y fácil de emplear. El teclado frontal permite al usuario ajustar la velocidad y la dirección del relé para la comunicación. El relé incorpora un puerto frontal RS232 y otro trasero RS485 para el acceso por ordenador mediante protocolo ModBus ® RTU. El puerto trasero RS485 puede ser transformado en un RS232 o un puerto de fibra óptica (fibra óptica de plástico o cristal) a través de un convertidor externo como los modelos DAC300 ó F485 de GE Multilin. El programa basado en Windows® EnerVista MII Setup, se suministra gratuitamente con el relé para facilitar la configuración del sistema y de la propia unidad MIG II. El acceso por ordenador permite el ajuste y configuración (entradas, salidas, LEDs y lógica configurable) de las unidades, así como visualización de la información sobre medidas y estados a tiempo real de la unidad. Existe una opción que permite visualizar el registro de eventos y el de oscilografía de la última falta. El MIG II está construido en una caja de 1/4 de rack de 19". 2 Se incluye una unidad de imagen térmica para proteger el equipo contra sobrecalentamiento debido a una carga excesiva. Se pueden ajustar varias curvas de operación en función de la constante de tiempo de calentamiento T1 (ajustable entre 3 y 600 minutos). La constante de tiempo de enfriamiento T2 es ajustable desde 1 a 6 veces la constante de calentamiento. El algoritmo de imagen térmica tiene en cuenta el efecto de los componentes de secuencia inversa a través de la constante K1. Este valor K1 protege la máquina frente a los efectos de la componente inversa, que produce sobrecalentamiento en el estator y el rotor, con el mismo efecto que la sobrecarga. Desequilibrio (46) Sobreintensidad Instantánea de Fases (50P) El MIG II dispone de una unidad de sobreintensidad instantánea de fase. Los ajustes permiten fijar la intensidad de arranque desde 0.1 a 30 veces In con una temporización de 0 a 100 segundos. La presencia de intensidad de secuencia inversa puede resultar en un sobrecalentamiento del rotor. La unidad puede ajustarse bien con un tiempo definido (hasta 255 s) o con un modelo de curva I2t=K donde K es un valor entre 1 y 100. Diagramas Funcionales de Bloques MIG II Protección de Generador Medida El MIG II ofrece valores de medida para las intensidades de fase y tierra. La precisión es del 3% en todo el rango, y del 1% a intensidad nominal. Medida Primaria o Secundaria El MIG II es capaz de monitorizar la medida de los valores de intensidad primario y secundario, ajustando previamente la relación de TIs. Registro de Eventos Sobreintensidad Temporizada de Tierra (51G) Este elemento dispone de las mismas posibilidades de selección de curva y ajustes que la unidad de sobreintensidad temporizada de fase. La señal de tierra se deriva normalmente de la suma residual de los tres TIs de fase, eliminando la necesidad de un sensor de tierra adicional. Alternativamente y para una detección más sensible, se puede utilizar un transformador toroidal por el cual pasen los 3 conductores de fase para la medida de la corriente de tierra. Sobreintensidad Instantánea de Tierra (50G) La unidad de sobreintensidad instantánea de tierra dispone de los mismos ajustes y características que la unidad de sobreintensidad instantánea de fases. Elemento Diferencial de Tierra Restringida (87) (Sólo MIG II P) Esta unidad detecta faltas a tierra en generadores sólidamente puestos a tierra, a través de resistencia y reactancia de alta impedancia. La unidad calcula la intensidad terminal 3I0 de las intensidades de fase medidas, y mide la intensidad de neutro 3I0 de la tierra del generador, presente en la intensidad diferencial correspondiente Idiff, valor que debe exceder el valor programado por el usuario para activar la unidad de protección. Secuencia Inversa (46) Los relés MIG II incorporan un elemento de protección de secuencia inversa para detectar condiciones en el sistema que puedan provocar un desequilibrio de corrientes trifásicas en el generador. Como se ha explicado, estos desequilibrios pueden ser de una magnitud mayor que el desequilibrio de cargas. Mínima Intensidad (37) (Sólo MIG II Q) La unidad de mínima intensidad se utiliza principalmente en aplicaciones de motor, a fin de detectar una reducción en la intensidad de la máquina provocada por un descenso de carga, y para prevenir los fallos en bombas que no pueden operar sin carga. La unidad puede seleccionarse para operar como alarma o disparo. Arranques/hora y Tiempo entre Arranques (66) (Sólo MIG II Q) Esta unidad contabiliza los arranques de la máquina y se asegura de que no excedan el número programado por el usuario. El número de arranques se controla durante un periodo de tiempo denominado Ventana de Tiempo. Si el número de arranques sobrepasa el ajuste, la unidad bloqueará cualquier nuevo intento de arranque y mantendrá el contacto de disparo cerrado durante el tiempo de bloqueo de arranque. Los eventos indican una amplia gama de cambios en los valores del estado, incluyendo arranques, disparos, actuación de contactos, alarmas y autodiagnóstico. El MIG II almacena hasta 24 eventos fechados al milisegundo más próximo. Esto proporciona la información necesaria para determinar una secuencia de eventos que facilite el diagnóstico de la operación del relé. Cada evento puede ser enmascarado individualmente con el fin de evitar que se generen eventos no deseados e incluye los valores de corriente y estado de todos los elementos de protección en el momento del evento. Oscilografía El MIG II captura las formas de onda de intensidad y los canales digitales a una frecuencia de 8 muestras por ciclo. Un registro oscilográfico con una longitud máxima de 24 ciclos se almacena en la memoria. La oscilografía se dispara bien a través de señales internas o a través de un contacto externo. Rotor Bloqueado (48) (Sólo MIG II Q) Este elemento protege la máquina durante arranques excesivamente largos que podrían dañar el rotor debido a condiciones de sobreintensidad excesiva. Múltiples Grupos de Ajustes Dos grupos separados de ajustes se almacenan en la memoria no-volátil del MIG II, con un solo grupo activo cada vez. La selección entre los grupos de ajustes 1 y 2 se puede realizar a través de un ajuste, una orden de comunicación o la activación de una entrada digital. Utilice las funciones de oscilografía como una herramienta precisa para la diagnosis y la solución de problemas. Los ajustes están divididos en 2 categorías: ajustes principales y avanzados. Esto permite a los usuarios acceder a las funciones principales del relé de manera extremadamente sencilla, introduciendo sólo los ajustes principales, mientras que para tener acceso a la funcionalidad completa de manera más compleja, es necesario introducir ajustes avanzados. 3 MIG II Protección de Generador E/S y LEDs Configurables Los relés MIG II disponen de dos entradas configurables. De entre las 6 salidas digitales de la unidad, 2 tienen funciones fijas (disparo y alarma de equipo), y las otras 4 son configurables por el usuario. Estas salidas configurables pueden asignarse a un grupo de valores pre-definidos o a una combinación OR/NOT de los mismos valores. Cada salida configurable puede ser “latcheada” y seleccionada independientemente como NA o NC a través de un jumper. Las salidas 1 y 2 pueden aislarse de las salidas 2 y 3 eliminando el jumper JX. Cuatro de los 6 LEDs pueden ser también configurados por el usuario. El primer indicador LED tiene un significado fijo (relé en servicio), el segundo es fijo para disparo, y los otros 4 son configurables por el usuario en función, memoria y/o parpadeo y color (rojo o verde). Lógica Configurable En el MIG II pueden implementarse hasta un total de 4 puertas lógicas configurables. Cada circuito lógico dispone de cuatro puertas y de un temporizador. El MIG II ofrece un interfaz gráfico de usuario para la configuración de la lógica, pudiendo asignarse las entradas de la misma a salidas y LEDs. Control del Interruptor El MIG II permite maniobrar el interruptor. Las maniobras de apertura y cierre del interruptor pueden realizarse programando salidas específicas, y pueden utilizarse entradas digitales para verificar el éxito de la maniobra. Utilice la lógica programable del MIG II para adaptarse a las necesidades específicas de su aplicación Entradas, salidas y LEDs pueden ser fácilmente configurables gracias al software EnerVista. Interfaz de Usuario del MIG II DISPLAY Display LCD de 16x2 caracteres para visualizar ajustes, mensajes sobre valores e informes de falta LEDs DE ESTADO Cuatro de los seis LEDs de estado son programables en función y color TECLAS DE CONTROL Y PROGRAMACIÓN Las teclas de Escape, Reset, Enter, Menú Arriba y Menú Abajo ofrecen un acceso completo a los ajustes y la información sin necesidad de ordenador PUERTO DE PROGRAMACION Puerto de comunicaciones RS232 para conectarse a un ordenador 4 MIG II Protección de Generador Interfaz de Usuario Display Los datos sobre medidas (valores reales), informes de faltas de los últimos cinco disparos y ajustes, son mostrados en un display LCD de 16x2 caracteres. Teclado Las 5 teclas del teclado permiten al usuario acceder de forma sencilla a la información del relé y a las modificaciones en los ajustes. El acceso completo a los registros de eventos y oscilografía, así como la configuración de la unidad, son únicamente posibles a través de un PC. LEDs de Estado El MIG II incorpora 6 LEDs en el panel frontal. El primero es verde y muestra el estado READY de protección. Cuando está encendido significa que el relé está energizado y listo para operar, y que al menos una de las funciones de protección está habilitada. El segundo LED es rojo. Se utiliza para indicar un disparo (TRIP). Se enciende cuando se produce una alarma y el relé energiza las salidas de disparo. Está latcheado, por lo que el usuario podrá resetear los indicadores presionando la tecla ESC/RESET durante tres segundos. Existen además cuatro LEDs adicionales configurables en función y color. La programación por defecto de los LEDs es: Disparo de Fase, Disparo de Tierra, Disparo 50, y arranque, con color rojo y memoria en modo auto-reseteable (sin memoria). El usuario puede modificar la función y la memoria a través del software EnerVista. También puede modificarse el color del LED utilizando el teclado del relé. Los LEDs del MIFII son configurables en función, color y memoria. La memoria puede configurarse como normal (auto-reseteable) o sellada. En modo normal, cuando la función asociada se repone (por ejemplo un arranque), el LED de arranque se apaga. En modo sellado (por ejemplo un disparo) el LED permanece encendido hasta que se realiza el RESET (presionando la tecla ESC/RESET durante 3 segundos). Para probar los LEDs, cuando la tecla ESC/RST es pulsada durante 3 segundos, todos los LEDs se iluminan. Al soltar la tecla, los LEDs se apagarán (excepto si los arranques de función permanecen activos) Esto permite una sencilla verificación del equipo. Autodiagnóstico El auto diagnóstico se realiza automáticamente y de forma continuada durante el funcionamiento del relé. Cualquier problema encontrado por el autodiagnóstico produce una alarma y se registra un evento. ■ La flexibilidad de opciones de montaje permite la actualización de equipos existentes ■ Endurecido industrialmente para aplicaciones industriales y de compañías eléctricas ■ Configuración “plug & play” con el software EnerVista MultiNet le ofrece la capacidad de conectar dispositivos serie MII a redes Ethernet nuevas o existentes. Dispone de un interfaz 10Base-F de fibra óptica que ofrece alta inmunidad frente a interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia, así como aislamiento eléctrico sobre cables de largo recorrido. La instalación de MultiNet es sencilla, con el programa EnerVista basado en Windows® para instalar y configurar los drivers de comunicación. Software EnerVista Puertos de Comunicación Un puerto frontal RS232 y otro trasero RS485 facilitan el uso del interfaz de usuario vía PC. Para todos los puertos se utiliza el protocolo ModBus® RTU. El relé soporta velocidades de 300 a 19,200 bps. Hasta 32 relés pueden conectarse en un mismo canal de comunicaciones. Debe asignarse una única dirección a cada relé mediante ajuste cuando se conectan varios relés. Compatible con GE MultiNet™ MultiNet es un módulo de comunicaciones que ofrece a los IEDs con ModBus serie de GE Multilin comunicaciones ModBus TCP/IP sobre Ethernet, permitiendo su conexión a sistemas de red LAN y WAN de fibra óptica. Multinet tiene la capacidad de conectar hasta 32 dispositivos ModBus serie eliminando cableados complejos y convertidores adicionales de comunicaciones, y ofreciendo un hub de Ethernet económico y directo. A diferencia de la mayoría de convertidores que están diseñados para uso comercial, MultiNet está reforzado para soportar las severas condiciones industriales. ■ Convierte Modbus RTU sobre RS485 en Modbus TCP/IP sobre Ethernet ■ Admite conexiones de fibra 10BaseT y 10BaseF ■ Permite conectar hasta 32 dispositivos serie RS485 a una red Ethernet ■ El Modbus TCP/IP proporciona múltiples maestros SCADA permitiendo la comunicación simultánea con el mismo IED El Programa EnerVista MII Setup es el interfaz común para la Familia MII completa. Se necesita un único software de PC para acceder, configurar y monitorizar cualquier relé de la familia M II, independientemente de su modelo, aplicación, u opciones disponibles. El Software EnerVista MII Setup extrae el modelo, versión y parámetros de configuración del relé conectado para mostrar únicamente los datos y opciones relativos al relé con el que está comunicando. Esto elimina la necesidad de configurar manualmente el relé en el programa, y ofrece un interfaz de usuario sencillo y de fácil manejo. Todos los productos de la Familia M II se suministran con el Software EnerVista M II Setup. EnerVista es una herramienta fácil de utilizar que permite la comunicación con relés de Familia M II para monitorización, cambios de ajustes y configuración. El programa EnerVista puede utilizarse con cualquier sistema operativo basado en Windows®. El programa puede utilizarse localmente a través del puerto frontal RS232 o remotamente a través del puerto RS485. 5 MIG II Protección de Generador Conexiones Externas Note: Only for reference. For particular connections for any MIG II model, please refer to its external connections drawing. Dimensiones 6 MIG II Protección de Generador Especificaciones Técnicas MIG II CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS PROTECCIÓN MEDIDA SOBREINTENSIDAD TEMPORIZADA DE FASES Y TIERRA (51P, 51G) Intensidad: Fundamental Nivel de arranque: 0.1 - 2.4 FLC Nivel de reposición: 97-98% del nivel de arranque Precisión: ±1% típica en In ±3% en todo el rango Curvas: IEC o ANSI inversa, muy inversa, extremadamente inversa, definida por el usuario. De tiempo definide de 0.00 a 600.00 s en pasos de 0.01 s. Tipo de reposición: Instantánea Precisión de tiempo: ±3% ó ±50 ms para I > 1.2 veces el nivel de arranque CAPACIDAD TÉRMICA Circuitos de intensidad Continuamente: 4 x In Durante 3 seg: 50 x In Durante 1 seg: 100 x In SOBREINTENSIDAD INSTANTÁNEA DE FASES Y TIERRA (50P, 50G) Intensidad: Fundamental Nivel de arranque: 0.1 - 30 FLC Nivel de reposición: 97-98% del nivel de arranque Precisión: ±1% típica en In ±3% en todo el rango Sobrerrecorrido: < 2% Temporización: 0.00 a 600.00 s en pasos de 0.01 s. Tipo de reposición: Instantánea Precisión de tiempo: ±50 ms con temporización = 0 ms ±20 ms ó 3% del tiempo total para temporización > 0 ms UNIDAD DE IMAGEN TÉRMICA (49) Intensidad: Fundamental equivalente Nivel de toma: 0.1 - 2.4 FLC Nivel de reposición: 97-98% del nivel de toma Precisión: ±1% típica en In ±3% en todo el rango Constante de calentamiento T1: 3-600 minutos en pasos de 1 minuto Constante de calentamiento T2: 1-6 veces T1 Alarma de sobrecarga: 70-100% de la intensidad de toma en pasos de 1% DESEQUILIBRIO DE CORRIENTES (46) Intensidad: Fundamental de secuencia inversa Nivel de arranque: 0.05 a 0.99 FLC en pasos de 0.01 FLC Curva: Tiempo definido Constante K: 1 a 100 en pasos de 1 Rango de tiempo definido: 0.00 a 600.00 s en pasos de 0.01 s Precisión del tiempo de disparo: ±250 ms ó 5% ROTOR BLOQUEADO (48) Intensidad: Fundamental Nivel de arranque: 1.01 a 10 FLC en pasos de 0.01 FLC Temporización: 0.00 a 600.00 s en pasos de 0.01 s Precisión del tiempo de disparo: ±250 ms ó 5% MINIMA INTENSIDAD (37) Intensidad: Fundamental Nivel de arranque: 0.1 a 0.99 FLC en pasos de 0.1 FLC Temporización: 0.00 a 600.00 s en pasos de 0.01 s Precisión del tiempo de disparo: ±250 ms ó 5% MAXIMO NUMERO DE ARRANQUES (66) Intensidad: Fundamental Nivel de arranque: 0 a 10 en pasos de 1 Temporización de bloqueo de arranques: 0 a 100 minutos en pasos de 1 minuto Precisión del tiempo de disparo: ±250 ms ó 5% DIFERENCIAL DE TIERRA RESTRINGIDA (87R) Intensidad: Fundamental Sensibilidad mínima 3I0g (S): 2% Sensibilidad mínima 3I0n (K1): 2% In Temporización: 0.00 a 99.99 s Precisión del tiempo de disparo: ±500 ms ó 5% COMUNICACIONES Comunicación local: Teclado frontal de 5 botones; Display LCD de 2x16 Comunicación remota: (PC local o remoto y red de comunicaciones): Modo: RTU Modbus Velocidad: 300 a 19200 bps Conector DB9 para puerto frontal RS232 y puerto trasero RS485 • • Envolvente metálica en ¼ rack de 19’’ y 4 unidades de altura. Grado de protección IP52 (según IEC 529) CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES Temperatura: Almacenaje: Funcionamiento: Humedad: -40ºC a +80ºC -20ºC a +60ºC. Hasta 95% sin condensación. EMBALAJE Peso aproximado: Neto: Embalado: 2.7 kgs (5.9 lbs) 3.2 kgs (7 lbs) PRUEBAS TIPO ENTRADAS Prueba INTENSIDAD CA Intensidad nominal secundaria: 1A ó 5A dependiendo del modelo Frecuencia: 50/60 Hz ±3 Hz Carga: < 0.2 VA para In=5A secundaria < 0.08 VA para In=1A secundaria 0.08 VA para In=1A, tierra sensible Capacidad térmica: 4 x In en continuidad 100 x In para 1 segundo Rigidez dieléctrica: CEI 60255-5 Prueba de impulso: CEI 60255-5 Interferencias 1 MHz: CEI 255-22-1 Descarga electrostática: CEI 255-22-2 EN 61000-4-2 ENTRADAS DIGITALES Rango alto: Umbral de tensión: 75 Vcc Tensión máxima: 300 Vcc Carga: 5 mA @ 300 Vcc Radiointerferencias: CEI 255-22-3 III 40 MHz 151 MHz 450 MHz y teléfono celular Campos Electromagnéticos Radiados con modulación de amplitud: ENV 50140 10 V/m Campos Electromagnéticos Radiados con modulación de amplitud. Modo común: ENV 50141 10 V/m Campos Electromagnéticos Radiados con modulación de frecuencia: ENV 50204 10 V/m Transitorios rápidos: ANSI/IEEE C37.90.1 IV CEI 60255-22-4 IV BS EN 61000-4-4 IV Campos magnéticos a frecuencia industrial: EN 61000-4-8 30 AV/m Interrupciones de alimentación: CEI 60255-11 Temperatura: CEI 57 (CO) 22 Emisión de Radiofrecuencia: EN55011 B Vibración Sinusoidal: CEI 255-21-1 II Choque: CEI 255-21-2 I Prueba de aislamiento: CEI 255-5 (probado sobre TIs, terminales de fuente de alimentación, entradas y salidas de contacto) Rango bajo: Umbral de tensión: Tensión máxima: Carga: 12 Vcc 57 Vcc 2 mA @ 57 Vcc SALIDAS CONTACTOS DE DISPARO Capacidad de contacto: Tensión máxima de operación: 400 Vca Intensidad continua: 16 A Capacidad de cierre: 30 A Capacidad de corte: 4000 VA RELÉS DE SALIDA Configuración: 6 relés electromecánicos, forma C Material de contacto: aleación de plata tratada para cargas inductivas. Libre de cadmio Tiempo de Operación: 8 ms FUENTE DE ALIMENTACIÓN RANGO BAJO (LOW) Tensión nominal CC: 24 a 48 Vcc Mín/Máx tensión CC: 19 / 58 Vcc RANGO ALTO (HIGH) Tensión nominal CC: Mín/Máx tensión CC: Tensión nominal CA: Mín/Máx tensión CA: 110 a 250 Vcc 88 / 300 Vcc 110 a 230 Vca @ 48 - 62 Hz 88 / 264 Vca @ 48 - 62 Hz Consumo: Máximo 15 W Tiempo de respaldo: (fecha, hora y memoria de eventos) sin tensión de alimentación > 1 semana * Especificaciones sujetas a cambio sin previo aviso Norma Clase 2kV, 50/60 Hz 1 min 5 kV pico, 0.5 J III IV 8 Kv en contacto 15 kV en aire CERTIFICADOS CE: ISO: Conforme a EN/IEC 60255 Fabricado según programa registrado ISO9001 7 MIG II Protección de Generador Ofrece acceso completo a la información del relé con las siguientes características: ■ Ver el estado del relé y los valores reales ■ Ver/editar ajustes on-line/off-line ■ Ver el registro de eventos para solución de problemas ■ Configurar entradas, salidas y LEDs a través de la lógica configurable ■ Utilizar una curva de protección programable ■ Programar el firmware del relé para actualizaciones Además, toda la información de estados como mensajes y estados de las entradas/salidas digitales puede visualizarse a través del programa EnerVista MII Setup. EnerVista VIEWPOINT El software enerVista VIEWPOINT es el método más sencillo para monitorizar y gestionar sus equipos de campo mediante cualquier PC que utilice Windows. Con enerVista VIEWPOINT usted puede crear fácilmente representaciones gráficas detalladas de su instalación completa, conectar los iconos de su pantalla a los equipos reales y comenzar a gestionarlos en cuestión de minutos. A diferencia de otras complicadas herramientas que constan de múltiples aplicaciones, enerVista VIEWPOINT ofrece un interfaz de usuario realmente simplificado. Crear un diagrama de su instalación es tan sencillo como arrastrar y pegar iconos para los valores tanto analógicos como digitales. Las cantidades monitorizadas se presentan en formatos familiares como calibres y diales. También puede elegir una vista del panel anunciador que proporciona el panel frontal virtual de su equipo con notificación de alarmas. Especificaciones Guía para MIG II Para obtener una versión electrónica de las especificaciones guía del MIG II, por favor visite la página www.GEMultilin.com/specs, envíe su petición por fax al +1 905 201 2098 o por e-mail a literature.multilin@ge.com. EnerVista VIEWPOINT trabaja con todos los sistemas de protección, control y comunicaciones de GE Multilin, incluyendo los relés MII. Este programa también incorpora un editor personalizable que le permite conectarse virtualmente a cualquier dispositivo IED en ModBus creando un mapa de memoria personalizado. Como parte del conjunto de productos y servicios enerVista, enerVista VIEWPOINT combina la ventaja de monitorizar y controlar fácilmente los equipos de su instalación con la experiencia industrial de GE, todo ello en un paquete económico. Interfaz de Usuario Lista de Modelos MIG II* * * * E 0 0 * 00 P Q A I 1 5 1 5 N LO HI * Aplicación Protección de Generador Protección de Motor Curvas ANSI IEC TI de Fase In TI = 1 A (0.1-2.4 A) In TI = 5 A (0.5-12 A) TI de Tierra In TI = 1 A (0.1-2.4 A) In TI = 5 A (0.5-12 A) In TI = 1 A (0.005-0.12 A) Fuente de Alimentación 24-48 Vcc (Rango: 19~58 Vcc) 110-250 Vcc (Rango: 88~300 Vcc) 120-230 Vca (Rango: 88~264 Vca) Accesorios B1315P1: Collar reductor de profundidad. Reduce la profundidad en 63mm. B1343P1: Collar adaptador para cajas S1/S2, para actualización de instalaciones existentes con relés electromecánicos. La función 87R no aplica en modelos de tierra sensible (opción N) GES-E-049 8