impacto de las cargas eléctricas en el tamaño del generador _ 2004 _ cummins®

Generadores Enfriados por Lquido - Manual de Aplicacin

3 IMPACTO DE LA CARGA ELECTRICA EN EL TAMAO DEL GENERADOR

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3 IMPACTO DE LAS CARGAS ELECTRICAS EN EL TAMAO DEL GENERADOR

Generalidades Esta seccin se concentra en el impacto de las cargas en el tamao del generador. Es importante ensamblar un razonablemente preciso programa de cargas al principio del diseo de los proyectos de generacin de energa, porque la carga es el factor ms importante en la decisin del tamao del generador. Si al principio del diseo del proyecto no se tiene disponible toda la informacin del equipo de carga necesaria para definir el tamao del generador, los primeros clculos de tamao se tendrn que basar en estimaciones. Esto deber ser seguido de re-clculos cuando la informacin real y precisa se hace disponible. Los diferentes tipos de cargas motores, UPSs, VFDs, equipo de diagnstico mdico y bombas de incendio tienen considerables y diferentes influencias en el tamao del generador.

Aplicaciones y Rangos de Trabajo Rangos de Trabajo de Generador Determinar las cargas que se requiere que el generador soporte es una funcin del tipo de aplicacin y trabajo requerido. Generalmente hay tres clasificaciones de trabajo para aplicaciones de generadores: Emergencia, Primaria y Continua . Estas clasificaciones se definen en la Seccin 2, Diseo Preliminar . Los rangos disponibles para generadores varan de acuerdo a estas tres clasificaciones. Un generador usado en aplicaciones de Emergencia es usado como respaldo de la fuente de potencia primaria (red) y se espera que sea usado poco frecuentemente, as que el rango de Emergencia es el ms alto disponible para el generador. Los generadores clasificados como primarios deben trabajar horas ilimitadas y son considerados la fuente primaria de energa para varias cargas, as que el rango Primario es tpicamente 90% del rango de Emergencia. En aplicaciones de trabajo Continuo, se espera que el generador produzca la salida establecida durante horas ilimitadas a carga constante (aplicaciones donde el generador sea operado en paralelo con una fuente de red y cargado de base), as que el rango Continuo es tpicamente el 70% del rango de Emergencia. La capacidad de llevar carga del generador es una funcin de la vida esperada o del intervalo entre reconstrucciones.

Aplicaciones Obligatorias y Opcionales Fundamentalmente las aplicaciones de generadores estn agrupadas en dos categoras bsicas, aquellas obligadas por la ley y las regulaciones, y aquellas que se desean por economa (generalmente asociadas con disponibilidad y confiabilidad de la energa). Estas categoras impulsarn un juego completamente diferente de elecciones cuando las decisiones se deben hacer en cuanto a que cargas se conecten al generador. Obligatorias por la ley: Estas son las que las autoridades juzgan como requeridas legalmente de emergencia donde la seguridad de vida y soporte de vida son de mxima importancia. Este tipo de aplicaciones estn estipuladas en cdigos de construccin, o cdigos especficos para la seguridad de vida, e involucran tpicamente instalaciones de cuidado de la salud (hospitales, asilos, clnicas) construccin de rascacielos y lugares de asamblea (teatros, centros de conferencias, instalaciones deportivas, hoteles). Tpicamente el generador proveer de energa de respaldo a cargas como iluminacin de salida, deteccin de fuego, ventilacin, sistemas de alarma, elevadores, bombas de incendio, sistemas de comunicacin de seguridad pblica y hasta procesos industriales donde la prdida de energa crea un peligro a la vida o a la salud. Otros sistemas son legalmente obligatorios cuando se determina que la prdida de energa de la red normal constituye un peligro u obstaculizara las labores de rescate o bomberos. Para determinar las cargas mnimas a las que debe suministrar el generador, consulte con la autoridad local y los estndares relacionados. Se podran aplicar cargas opcionales adicionales al generador en la mayora de las aplicaciones si lo aprueba la autoridad local. Emergencia Opcional : Este tipo de sistemas se ha hecho mas frecuente conforme la disponibilidad de la energa se ha hecho ms crtica. Estos sistemas dan energa a instalaciones tales como edificios industriales o comerciales y sirven cargas como calefaccin, refrigeracin, proceso de datos, comunicaciones y procesos industriales crticos. Los generadores son justificables donde las prdidas de energa de la red podran causar incomodidad o la interrupcin de procesos crticos que amenacen productos o equipo de proceso.

2004 Cummins Power Generation. Las copias no son controladas.



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Primaria y Continua: Las aplicaciones para generadores que suministran energa de trabajo primario o continuo se hacen cada vez ms presentes en pases en desarrollo y en muchas aplicaciones generacin de energa distribuida. Existen muchas oportunidades con las redes del lado de la generacin y clientes de las redes del lado del consumo. La desregulacin y regulaciones ambientales ms estrictas tienen a las redes pblicas de electricidad buscando produccin y distribucin de energa de formas alternativas a la construccin de nuevas plantas generadoras centrales. El rasurado de picos, y estructuras de tarifas interrumpibles son algunas de las formas en que se busca satisfacer la creciente demanda. Los clientes de las redes estn usando la co -generacin para reducir la demanda pico de la red y continan persiguiendo oportunidades de co-generacin donde la demanda simultnea de energa y calor existen. En cualquier caso, uno debe estar consiente de que los generadores son una pequea fuente de energa comparados con la red pblica normal, y las caractersticas de operacin con carga pueden tener un profundo efecto en la calidad de la energa si el generador no es del tamao apropiado. Dado el hecho de que un generador es una fuente limitada de energa, se deben esperar alteraciones en el voltaje y la frecuencia cada vez que se le conecten o desconecten cargas. Estas alteraciones se deben mantener dentro de los lmites aceptables para todas las cargas conectadas. Adems, habr distorsin de voltaje en la salida del generador cuando se conecten cargas no-lineales que produzcan corrientes armnicas. La distorsin puede ser considerablemente mas grande cuando se opera de un generador que de la red pblica, y causara calentamiento adicional en el generador y el equipo de carga si no se mantiene observada. Consecuentemente, para suministrar energa adecuada de funcionamiento se necesitan generadores ms grandes de lo necesario para limitar las alteraciones de voltaje y frecuencia durante las transiciones por carga y para limitar la distorsin armnica cuando se da servicio a cargas no-lineales como computadoras, UPSs y VFDs. Los programas de definicin de tamao de generador, permiten en el presente la seleccin precisa del generador y dan un alto nivel de confianza en la compra de un sistema de tamao justo para sus necesidades. Mientras que la mayora de los ejercicios de definici n de tamao de generador se llevan a cabo de mejor manera con programas como GenSize de Cummins Power Generation, (Vea Apndice A), o con la ayuda de un representante del fabricante, es aun

muy educativo saber que es lo que se necesita para seleccionar el generador correcto para su aplicacin. Adems de la carga conectada, muchos otros factores afectan el tamao del generador: requerimientos de arranque de cargas tales como motores y sus cargas mecnicas, imbalances de carga monofsica, cargas no lineales como equipo UPS. Restricciones de cada de voltaje. cargas cclicas etc.

Entendiendo las Cargas Requerimientos de Arranque y Funcionamiento de Carga La potencia requerida por muchos tipos de carga puede ser mucho mas alta cuando se arranca la carga que lo que se requiere para su funcionamiento continuo estable (la mayora de las cargas movidas por motores que no emplean algn tipo de equipo de arranque suave). Algunas cargas tambin requieren de energa pico durante la operacin que durante el funcionamiento (soldaduras o algn equipo mdico por ejemplo). Otras cargas (no-lineales como UPSs, computadoras, VFDs y otras cargas electrnicas) causan excesiva distorsin del generador a menos que el generador sea de un tamao mas grande de loa que se requiere para alimentar la carga. La fuente de energa debe ser capaz de suministrar todos los requerimientos operativos de la carga. Durante condiciones de arranque o de carga pico, las transiciones repentinas de carga pueden causar alteraciones de voltaje y frecuencia dainos a las cargas conectadas, o lo suficientemente grandes para no arrancar exitosamente u operar apropiadamente si el generador es de un tamao menor. Mientras que algunas cargas son bastante tolerantes a las transiciones de corto tiempo, otras cargas son muy sensibles. En algunos casos el equipo de carga puede tener controles protectores que causen que la carga se apague en estas condiciones. Aunque no tan crticas, otras condiciones como luces parpadeantes o jaloneos momentneos en elevadores pueden ser cuando menos, incomodas. Un generador es una fuente limitada de energa en trminos de potencia del motor (kW) y volt-amperes de generador (kVA) independientemente del sistema de excitacin. Debido a esto, las transiciones de carga causaran excursiones de transicin en el voltaje y la frecuencia. La magnitud y duracin de estas



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excursiones son afectadas por las caractersticas de la carga y el tamao del generador relativo a la carga. Un generador es una fuente relativamente grande de impedancia cuando se compara con un tpico transformador de red pblica, Vea ms informacin en la Seccin 4, Seleccin de Equipo. Secuenciacin de Pasos de Carga En muchas aplicaciones puede ser recomendable limitar la cantidad de carga que el generador reciba o arranque en un solo momento. Las cargas generalmente son pasadas al generador en secuencia para reducir los requerimientos de arranque y, por lo tanto, el tamao del generador requerido. Esto requiere control de las cargas y equipo para conectar la carga al generador1. Interruptores mltiples de transferencia son comnmente usados para este prepsito. Los interruptores de transferencia individuales se pueden ajustar para conectar cargas en diferentes momentos usando ajustes estndar de retardo de tiempo de transferencia para escalonar las cargas. Se recomienda un retardo de tiempo de unos cuantos segundos para permitir que el generador estabilice el voltaje y la frecuencia entre los pasos de las cargas. Esto, por supuesto, significar que cualquier carga de emergencia u obligatoria por la ley, debern conectarse primero para cumplir los requerimientos legales. Las cargas que requieran ms energa de arranque, como motores con cargas grandes, deben arrancarse mientras hay una carga mnima conectada. Las cargas de UPSs pueden dejarse hasta el ltimo puesto que la carga de estos esta soportada por batera. Con esa informacin bsica, las caractersticas de operacin de cargas individuales se discuten adelante. Tipos de Carga Cargas de Iluminacin: Los clculos de iluminacin son muy directos, una suma del wattaje de las lmparas o del voltaje requerido para circuitos de iluminacin, mas el wattaje requerido por las balastras. Los tipos comunes de iluminacin son incandescentes, focos estndar que tpicamente usan un filamento de tungsteno, fluorescentes, una lmpara de gas ionizado impulsada por una balastra, tambin aplica para iluminacin de descarga de gas y descarga de sodio a baja presin, sodio de alta

1 Cummins Power Generation ofrece sistemas de control de carga en cascada basados en red.

presin, etc. Las Tablas 3-1 y 3-2 contienen algunos datos representativos tiles.

Cargas de Aire Acondicionado: Las cargas de aire acondicionado son especificadas generalmente en toneladas. Para estimar los requerimientos de potencia en kilowatts, se usa una conversin de 2 HP/ton como un estimado muy conservador de la carga total de una unidad de baja eficiencia. Si quiere UD. un tamao ms exacto y conoce las cargas de motor de los componentes individuales del equipo de aire acondicionado, smelas individualmente y llegue a un fa ctor de demanda para las cargas que podran arrancar simultneamente. Cargas de Motor: Hay una gran variedad de tipos de motor y tipos de cargas conectadas a esos motores, cada una de las cuales afecta las caractersticas de arranque y funcionamiento del motor. A continuacin, una discusin de muchas de estas caractersticas y sus efectos en la definicin del tamao del generador. Alta y Baja Inercia: El momento de inercia de una masa rotatoria, como un motor y su carga, es una medida a la resistencia de aceleracin por el torque de arranque del motor. El torque de arranque requiere mas potencia del motor del generador (SkW) que la carga en funcionamiento. Ms que tener que hacer clculos, sin embargo, es generalmente suficiente caracterizar las cargas como cargas de alta inercia y cargas de baja inercia para el propsito de determinar la potencia de motor necesaria para arrancar y acelerar las cargas de motor. Por lo tanto, las cargas de baja inercia son aquellas que pueden acelerarse cuando se puede asumir un factor de servicio de 1.5 o menos, mientras que, las cargas de alta inercia son aquellas donde se debe asumir un factor de



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servicio mas grande de 1.5. Se debe asumir un factor de servicio ms alto para cargas pulsantes o mecnicamente desbalanceadas. La Tabla 3-3 muestra la categorizacin de cargas comunes.

* Ventiladores o bombas excepcionalmente grandes que trabajan contra cabezas altas, podran no calificar como cargas de baja inercia. Si no est seguro, asuma que es de alta inercia. ** Las cargas de alta inercia incluyen cargas pulsantes o mecnicamente desbalanceadas. Ms de 50 HP: Un motor grande arrancado a travs de la lnea con un generador, representa una carga de baja impedancia en mientras est en condicin de roto r bloqueado o de cada inicial. El resultado es una corriente alta de entrada, tpicamente 6 veces la corriente de rango. La alta corriente de entrada causa que el voltaje del generador caiga. Esta cada de voltaje est compuesta de la cada instantnea de voltaje de transicin y la cada de voltaje de recuperacin. La cada instantnea de voltaje de transicin ocurre en el instante que el motor se conecta al generador y es una funcin de las impedancias relativas del generador y el motor. La cada instantnea de voltaje es la cada de voltaje cuya prediccin se encuentra en las curvas de cada publicadas en las hojas de datos del alternador2. Estas curvas de cada dan una idea de lo que se puede esperar de la cada instantnea, asumiendo que la frecuencia es constante. Si el motor se desacelera debido al arranque de equipo de muchos kW, la cada de voltaje de transicin podra exagerarse al disminuirse (por medio de la caracterstica de empatamiento de torque del regulador) la excitacin del alternador para ayudar al motor a recuperar la velocidad. Despus de la deteccin de de la cada instantnea de voltaje de transicin, el sistema

2 Las curvas de cada de voltaje de los equipos de Cummins Power Generation estn disponibles en Power Suite Libray.

de excitacin del generador responde al incrementar la excitacin de para recuperar el voltaje de rango, al mismo tiempo que el motor est acelerando a velocidad de funcionamiento (asumiendo que el motor desarrolle suficiente torque). El torque del motor, para motores de induccin, es directamente proporcional al cuadrado del voltaje aplicado. La aceleracin del motor es una funcin de la diferencia entre el torque del motor y los requerimientos de torque de la carga. Para evitar excesivos tiempos de aceleracin o paro del motor, el generador debe recuperar el voltaje de rango lo ms pronto posible. La manera en que el voltaje del generador se recupera es una funcin de los tamaos relativos del generador y el motor, potencia del motor (capacidad en kW) y la capacidad de forzar la excitacin del generador. Varios milisegundos despus de la cada inicial del voltaje de transicin, el regulador de voltaje aplica voltaje total de fuerza al excitador del generador, lo cual resulta en un crecimiento del campo principal de corriente de acuerdo a las constantes de tiempo del excitador y campo principal. Los componentes del generador estn diseados y empatados para lograr el tiempo de respuesta ms corto posible y al mismo tiempo mantener la estabilidad del voltaje y evitar la sobrecarga del motor. Los sistemas de excitacin que responden demasiado rpido o que son demasiado rgidos pueden de hecho sobrecargar el motor cuando arrancan motores de tamao grande. Dependiendo de lo severo de la carga, el generador se debe recuperar hasta su voltaje de rango dentro de varios ciclos, o cuando mucho en unos cuantos segundos. Para aplicaciones de arranque de motores, deben considerarse la cada inicial de voltaje de transicin y el voltaje de recuperacin. Un generador debe tener el tamao de manera que no exceda la cada de voltaje de transicin inicial especificada para el proyecto, y as mismo que ese recupere a un mnimo de 90% de de su rango de voltaje de salida con la aplicacin de los kVA del motor bloqueado. Por lo tanto el motor puede entregar 81% (0.9 x 0.9 = 0.81) de su torque de rango durante la aceleracin, lo que ha demostrado ser ad ecuado para la mayora de las aplicaciones de arranque. En lugar de especificaciones nicas para el proyecto, una cada de voltaje de arranque se considera aceptable en una situacin de arranque de motor. Se encuentran disponibles varios tipos de arrancadores de motor de voltaje reducido para reducir los kVA de arranque de un motor en aplicaciones donde el torque reducido del motor



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es aceptable. El reducir los kVA de arranque del motor puede reducir la cada de voltaje, el tamao del generador y dar un arranque mecnico ms suave. Sin embargo, como se explica a continuacin, se debe tener cuidado cuando se aplican estos arrancadores a los generadores. Mtodos de Arranque Trifsicos: Hay varios mtodos disponibles para arrancar motores trifsicos, como se sumarizan en la Tabla 3-4 y como se explican ms a detalle en el Apndice C-Arranque de motor de Voltaje Reducido. El mtodo ms comn de arranque es el arranque con toda la lnea (voltaje total). Los requerimientos de arranque del motor se pueden reducir aplicando algn tipo de arrancador de voltaje reducido o de estado slido, resultando en un generador ms pequeo. Sin embargo, se debe tener cuidado cuando se aplican estos mtodos de arranque reducido. Puesto que el torque de motor es una funcin del voltaje aplicado, cualquier mtodo que reduce el voltaje del motor tambin reduce el torque del motor en el arranque. Estos mtodos de arranque solo se deben aplicar a cargas de motores de baja inercia a menos que se pueda determinar que el motor producir torque adecuado para la aceleracin durante el arranque. Adicionalmente estos mtodos de arranque pueden producir altas corrientes de entrada cuando cambian de arranque a funcionamiento (si la transicin ocurre antes de que el motor alcance velocidad de

operacin), lo que resulta en requerimientos de arranque que se acercan a un arranque con toda la lnea. Si el motor no alcanza velocidad de operacin cercana a la de rango antes de la transicin, pueden ocurrir cadas de voltaje y frecuencia excesivos cuando se utilizan estos arrancadores con generadores. Si no est seguro de cmo reaccionarn el arrancador y la carga, asuma arranque con toda la lnea. Impulsores de Frecuencia Variable (VFDs): De todas las clases de carga no lineal, los VFDs que se usan para controlar la velocidad de los motores de induccin, inducen la ms alta distorsin en el voltaje del generador. Se requieren alternadores ms grandes para prevenir el sobre calentamiento del alternador debido a las corrientes armnicas de inducidas por el impulsor de frecuencia variable, y para limitar la distorsin de voltaje del sistema al bajar la reactancia del alternador. Por ejemplo, las cargas de VFD de tipo invertido de fuente de corriente convencional, en un generador deben ser menores que aproximadamente el 50% de la capacidad del generador para limitar la distorsin armnica total a menos de 15%. Ms recientemente VFDs de Ancho de Pulso Modulado se han hecho ms efectivos en los costos e inducen armnicos ms bajos. El alternador necesita ser solo 40% ms grande para estos impulsores.



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Para aplicaciones de velocidad variable, defina el tamao del generador tomando en cuenta el rango de la placa del impulsor, no el rango del motor impulsado. Los armnicos podran ser mas altos con el impulsor operando a carga parcial y podra ser posible que un motor ms grande, hasta de la capacidad total del impulsor, se instale en el futuro. Letra de Cdigo de Motor NEMA: En Norteamrica, el estndar NEMA para motores y generadores (MG1) designa rangos aceptables para kVA de arranque de motor con Letras Cdigo de la A a la V. El diseo del motor debe limitar los kVA de arranque (rotor bloqueado) a un valor dentro del rango especificado por las Letras Cdigo indicadas en el motor. Para calcular los kVA de arranque, multiplique los caballos del motor por el valor en la Tabla 3-5 que corresponda con la Letra Cdigo. Los valores en la Tabla 3-5 son los promedios de los rangos especificados de los valores de las Letras Cdigo.

Diseo de Motores Trifsicos: En Norteamrica, los motores de diseo de tipo B, C, o D son motores trifsicos de induccin tipo caja de ardilla clasificados por NEMA (Asociacin Nacional de Fabricantes Elctricos) con respecto a el valor mximo de corrien te con el rotor bloqueado y valores mnimos de torque con el rotor bloqueado, torque de subida y torque de rotura. Los motores de tipo de alta eficiencia son motores de induccin de jaula de ardilla trifsicos de eficiencia alta, con valores mnimos de torque similares a los de diseo tipo B, pero con una corriente de rotor bloqueado y eficiencia de carga total nominal mas altas. Vea la Tabla 3-6 para los valores estndar nominales de motores de diseo B, C, y D y de alta eficiencia. Diseo de Motores Mo nofsicos: Vea la Tabla 3-7 para valores estndar nominales para motores de induccin monofsicos.

Cargas de UPSs (Fuentes de Poder Ininterrumpibles): Una fuente de poder ininterrumpible (UPS) esttica utiliza rectificadores de control de silicn (SCRs) u otros dispositivos estticos para convertir el voltaje CA a voltaje CD. El voltaje CD se utiliza para producir voltaje CA a travs de un circuito de inversin en la salida del UPS. El voltaje de CD se utiliza tambin para cargar las bateras, el medio de almacenaje de las UPSs. Los SCRs de cambio en la entrada reducen las corrientes armnicas en el alternador del generador, Los efectos de estas corrientes incluyen calentamiento adicional de devanados, eficiencia reducida, y distorsin de la onda de CA. El resultado es un requerimiento de un alternador ms grande para una salida dada de kW del generador. Los dispositivos UPS pueden tambin ser sensitivos a las cadas de voltaje y excursiones de frecuencia. Cuando el rectificador est rampeando hacia arriba, bandeos relativamente altos en la frecuencia y el voltaje pueden ocurrir sin molestar la operacin. Sin embargo una vez que se habilita el sobrepaso, la frecuencia y el voltaje deben estar muy estables o se disparar la alarma. Los problemas pasados en te incompatibilidad de generadores y UPSs llevaron a muchas ideas incorrectas acerca del tamao del generador para este tipo de cargas. En el pasado, los proveedores de UPSs recomendaban sobredimensionar el generador dos o tres veces sobre el rango del UPS, pero entonces tenan aun ms problemas. Desde entonces los fabricantes de UPSs han resuelto el problema de la incompatibilidad y ahora es ms efectivo en cuanto a costos requerir UPSs que sean compatibles con el generador que sobredimensionar el generador significativamente. Cuando defina el tamao del generador use el rango de la placa del UPS, an si el UPS no vaya a estar completamente cargado, ms el rango de la batera. El UPS tendr tpicamente una capacidad de carga de la batera de 10 a 1% de su rango UPS. Si las bateras se descargan cuando el UPS est operando con el generador, el generador debe ser capaz de suministrar la carga de salida y el cargado de las bateras. La mayora de los UPSs tiene un lmite ajustable de corriente. Si este lmite se ajusta al 110-150% del rango del UPS, esa es la carga pico que el



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generador necesitar suministrar inmediatamente despus de una falla de energa de red. Una segunda razn para utilizar el rango total del UPS es que se podran agregar cargas adicionales hasta el rango de la placa en el futuro. Lo mismo aplica para sistemas redundantes de UPS. Defina el tamao del generador para los rangos de palca combinados de los UPS individuales en aplicaciones donde, por ejemplo, un UPS se instala para respaldar a otro y hay dos en lnea todo el tiempo con 50% o menos de la carga. Debido a que son cargas no lineales, los UPS inducen armnicos en la salida del generador. Los Dispositivos UPS equipados con filtros de entrada de armnicos, tiene menos corrientes armnicas que los que no estn equipados as. Los filtros armnicos deben reducirse o dejarse fuera por medio de un interruptor cuando la carga

en el UPS es pequea. Si no, estos filtros pueden causar un factor de potencia inicial en el generador. Vea Carga de Factor de Potencia Inicial en la seccin de Diseo Mecnico. El nmero de rectificadores (pulsos) tambin dicta el grado de sobredimensin del generador que se requiere. Un rectificador de 12 pulsos con un filtro armnico resulta en el generador de tamao ms pequeo recomendado. La mayora de los dispositivos UPS tiene una funcin de de limitacin de corriente para controlar la carga mxima que el sistema puede aplicar a su fuente de poder, la cual se expresa como un porcentaje de el rango de carga mximo del UPS. El total de la carga que el UPS aplica a su suministro es controlado a ese valor limitando su rango de carga de la batera. Si por lo tanto, la carga mxima es limitada al 125% y el UPS est



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operando a 75% de su capacidad de rango, el cargado de la batera est limitado a 50% del rango del UPS. Algunos dispositivos UPS reducen la carga de la batera a un valor mas bajo durante el tiempo que el generador esta energizando el UPS. Cargas de Cargador de Bateras: Los cargadores de bateras tpicamente usan rectificadores de silicn (SCRs). Un cargador de bateras es una carga no lineal, lo cual requiere un alternador sobredimensionado para acomodar el calor adicional y minimizar la distorsin armnica cau -

sada por las corrientes armnicas inducidas por el cargador. El nmero de rectificadores (pulsos) dicta el grado de sobredimensionado del generador. Un rectificador de 12 pulsos resulta en el generador ms pequeo recomendado. Equipo Medico de Imagen (Rayos X, Cat Scan, MRI): El equipo de imagen como los rayos X, Cat Scan y MRI producen caractersticas de arranque y funcionamiento nicas que se deben considerar al definir el tamao del generador. La carga pico kVA (kVP x ma) y cada permisible de voltaje son factores esenciales para definir el tamao de un generador para aplicaciones de imagen mdica. Dos factores adicionales deben



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comprenderse para todas las aplicaciones de imagen mdica. Primero, cuando el equipo de imagen mdica es energizado por un generador, la imagen podra ser diferente que cuando esta siendo energizado por la red pblica. La razn de esto es debido a la diferencia en las caractersticas de la cada de voltaje. Como ilustra la Figura 3-1 , la cada tender a ser constante cuando la fuente de energa es la red pblica. Los intentos del regulador de voltaje del generador por regular el voltaje tambin afectan la caracterstica de la cada. Segundo, entre el tiempo que el operador hace el ajuste para la imagen y el tiempo que toman la imagen, no deben ocurrir grandes cambios e las cargas como las de elevadores o aires acondicionados arrancando o detenindose. El equipo de imagen mdica es generalmente diseado para usarse energizado por la red pblica. La mayora de los equipos, sin embargo, tiene un compensador de voltaje en lnea, ajustable ya sea por el instalador o el operador. En aplicaciones donde el generador es la nica fuente de energa, el compensador de lnea puede ajus tarse para la cada de voltaje esperada con el generador. Cuando el equipo de imagen ha sido ajustado para energa de la red pblica, el generador tendr que imitar la cada de voltaje de la red lo ms posible. Por experiencia, se pueden obtener imgenes

satisfactorias cuando el rango kVA del generador alternador es cuando menos de 2.5 veces el kVA pico del equipo de imagen. Se puede esperar una cada de voltaje de 5 a 10% cuando se define el tamao del generador por este medio. En la Tabla 3-8 se listan los kVA pico y los kVA de generador requeridos para equipo de imagen de diferentes rangos. Aplicaciones de Bomba de Incendio3: Se debe dar especial consideracin a las bombas de incendio debido a su posicin crtica y requerimientos especiales de cdigo. El Cdigo Elctrico Nacional Americano (NEC) contiene requerimientos que limitan la cada de voltaje a 15% cuando se arrancan bombas de incendio. Este lmite se impone para que los arrancadores de motor no se apaguen durante condi ciones de bloqueo de rotor extendidas y as los motores de las bombas den torque adecuado para acelerar las bombas a sus velocidades de rango para obtener as los rangos de presin y de flujo de las bombas. El tamao del generador no tiene que ser para suministrar kVA de rotor bloqueado de la bomba de incendio indefinidamente. Eso resultara en un generador de tamao muy grande, lo cual generara problemas de mantenimiento y confiabilidad debido a un generador sub-utilizado. 3 Esta es la interpretacin de Cummins Power Generation de la edicin 1996 del estndar No. 20 de NFPA, Bombas Centrfugas de Incendio. Los ingenieros de diseo deben revisar el estndar tambin.



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Cuando se usa un arrancador de voltaje reducido para el motor de una bomba de incendio, sin importar el tipo, d capacidad de generador para arranque con toda la lnea. El controlador de la bomba de incendio incluye un medio ya sea manual-mecnico, manual-elctrico o automtico para arrancar la bomba con toda la lnea en el caso de una falla del controlador. La capacidad adicional de generacin puede ser manejada, si fuera prctico, proveyendo de controles automticos de desecho de carga en cargas de baja prioridad conectadas de manera que esa capacidad de generador inactiva para la bomba de incendio se pueda usar para esas cargas. Otra opcin es considerar una bomba de incendio impulsada por un motor diesel en lugar de una elctrica. La economa generalmente favorece las bombas elctricas, pero el ingeniero de proteccin contra incendio podra preferir una con motor diesel. De esa manera el sistema de proteccin contra incendio y la potencia de emergencia se mantienen separados. Algunos ingenieros y aseguradoras creen que esto mejora la confiabilidad de los dos sistemas. El costo de un interruptor de transferencia para la bomba de incendios se evitara. El generador no tendra que ser de un tamao para suministrar los kVA de un rotor bloqueado de la bomba de incendio indefinidamente, lo cual resultara en un generador de tamao ms grande de lo necesario que podra tener problemas de manteniendo y confiabilidad por estar siendo sub-utilizado.

Caractersticas de la Carga Tolerancias del Voltaje y Frecuencia de Carga: La Tabla 3-9 sumariza la tolerancia que diferentes cargas tienen para cambios en el voltaje y la frecuencia. Potencia Regenerativa: La aplicacin de generadores a cargas que tienen impulsores motor -generador (MG) tales como elevadores, y gras requieren la consideracin de la potencia regenerativa. En estas aplicaciones el descenso del elevador o gra es desacelerado por el motor generador el cual bombea energa elctrica de regreso a la fuente para ser absorbida. La fuente normal de red absorbe la energa regenerada fcilmente porque es esencialmente una fuente ilimitada de energa. La potencia producida por la carga simplemente sirve a otras cargas reduciendo la carga real en la red. Un generador, por otro lado, es una fuente aislada de potencia que tiene una capacidad limitada de absorber potencia regenerativa. La absorcin de potencia regenerativa es una funcin del caballaje de friccin del motor a una velocidad gobernada, caballaje del ventilador, friccin del generador, prdidas de embobinado y cuerpo (la potencia necesaria para mantener el rango de voltaje de salida del generador). El rango de potencia regenerativa del generador aparece en la Hoja de Especificaciones del generador recomendado, y es tpicamente, 10 a 20% del rango de potencia del generador. (El generador mueve al motor el cual absorbe la energa a travs de prdidas por friccin).



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EQUIPO VOLTAJE FRECUENCIA COMENTARIOS Motores de Induccin

+/- 10% +/-5% El bajo voltaje resulta en bajo torque y alta temperatura

El alto voltaje resulta en torque y amperes de arranque incrementados.

Bobinas, Arrancadores de

Motor %

+/-10% N/A La fuerza de contencin de una bobina y su constante en el tiempo de decaimiento son proporcionales a las vueltas-ampere de la

bobina. Las bobinas ms pequeas, pueden salir dentro de estas tolerancias

para la cada de transicin. Una cada de voltaje retransicin de 30 a 40% durante ms de dos ciclos puede causar la salida

de la bobina. Iluminacin

Incandescente +10%, -25% N/A El bajo voltaje resulta en 65% de luz.

El alto voltaje resulta en 50% de vida. La baja frecuencia hace que la luz

parpadee. Iluminacin

Fluorescente +/-10% N/A El alto voltaje resulta en

sobrecalentamiento. Iluminacin HID +10%, -20% N/A El bajo voltaje resulta en apagados.

El alto voltaje r esulta en sobrecalentamiento.

UPS esttico +10%, -15% +/-5% No se descarga la batera hasta el -20% del voltaje.

Los UPSs son sensibles a un rango de cambio de frecuencia (slew rate) de ms de

0.5Hz/seg. Podra ser necesario sobredimensionar el

generador para limitar la distorsin armnica del voltaje.

VFDs +105, -15% +/-5% Los VFDs son sensibles a los rangos de cambio de frecuencia de ms de 1 HZ/seg. Podra ser necesario sobredimensionar el

generador para limitar la distorsin armnica del voltaje.

Si el voltaje no se recupera al 90% los dispositivos protectores de bajovoltaje se dispararn, los dispositivos de sobrecorriente podran interrumpir, los arrancadores de voltaje reducido se bloquearn o brincarn y los motores podran detenerse o no tener la aceleracin aceptable.

Tabla 3-9. Tolerancias tpicas de Voltaje y Frecuencia

Un rango de regeneracin de potencia insuficiente, para la aplicacin puede resultar en una velocidad de descenso excesiva y la sobrevelocidad del generador. NOTA: Las cargas regeneradoras excesivas pueden causar que un generador se sobrerevolucione y se detenga. Las aplicaciones ms susceptibles a este tipo de problema son los edificios pequeos donde el elevador es la carga mayor del generador. Generalmente el problema de regeneracin se puede resolver asegurndose de que haya otras cargas conectadas que absorban la potencia regenerativa. Por ejemplo, en edificios pequeos donde el elevador es la carga ms grande, la

carga de la iluminacin debe transferirse al generador antes de transferir el elevador. E algunos casos, bancos auxiliares de carga con controles, sern necesarios para ayudar a absorber las cargas regenerativas. Factor de Potencia de Carga (FP): Las inductancias y las capacitancias en los circuitos de carga de CA causan el punto en el que la onda de corriente sinusoidal pasa por cero a arrastrar o ir al frente del punto en el cual la onda de voltaje pasa por cero. Las cargas capacitivas, motores sincrnicos sobreexcitados, etc., causan un factor de potencia de inicio, donde la corriente se adelanta al voltaje. El factor de potencia de arrastre, donde la corriente va detrs del voltaje, es el caso ms tpico y es el resultado de



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inductancia en el circuito. El factor de inicio es el coseno del ngulo por el cual la corriente se adelanta o arrastra voltaje, donde un ciclo sinusoidal es de 360. El factor de potencia se expresa generalmente en un nmero decimal (0.8) o como un porcentaje (80%). El factor de potencia es la relacin de kW a kVA. Por lo tanto:

kW = kVA x FP Note que los generadores trifsicos tiene rangos para cargas de FP de 0.8 y que los generadores monofsicos para cargas de FP de 1.0. Las cargas que causan factores de potencia ms bajos que para los que tiene rango, podran causa que GenSize recomiende un alternador o generador mas grande para servir la carga apropiadamente. Las cargas reactivas que causan factor de potencia de inicio pueden ser problemticas, causando daos al alternador, cargas o disparando el equipo de proteccin. Las fuentes ms comunes de factor de potencia de inicio son sistemas UPS con cargas ligeras usando filtros armnicos en la lnea de entrada o dispositivos de correccin de factor de potencia (bancos de

capacitores) usados con motores. El factor de potencia de inicio se debe evitar con los generadores. La capacitancia del sistema se vuelve una fuente de excitacin para el generador y la prdida del control del voltaje se puede convertir en un problema. Siempre conecte o desconecte los capacitores de correccin del factor de potencia del sistema con la carga. Vea cargas de Factor de Potencia de Inicio en la seccin Diseo Elctrico. Cargas Monofsicas y Balance de Cargas: Las cargas monofsicas deben estar distribuidas lo mas parejo posible entre las tres fases de un generador trifsico para utilizar completamente la capacidad del generador y limitar el desbalanceo de voltajes. Por ejemplo, un desbalanceo monofsico tan pequeo como del 10%, podra requerir limitar la carga balanceada a no ms del 75% de la capacidad de rango. Para ayudar a prevenir la falla de sobrecalentamiento y aislamiento prematuro en motores trifsicos, el desbalanceo de voltaje se debe mantener debajo del 2%. Vea Clculos de Desbalanceo de Carga Monofsica en la s eccin Diseo Elctrico.

2004 Cummins Power Generation. Las copias no son controladas.

impacto de las cargas eléctricas en el tamaño del generador _ 2004 _ cummins®

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