Josep Carpio Riera, Director técnico de Eletra Molins

Elementos del sistema de control del grupo electrógeno

Los elementos principales del sistema de control de grupos electrógenos se muestran a continuación

Cuadro de mando
El cuadro de mando está formado por un controlador de grupo que arranca y pone en servicio del grupo en caso de fallo de la red pública o al recibir una señal exterior de arranque. También  hace las siguientes funciones:

• Informa y protege de las anomalías, críticas o preventivas, que pueden afectar al grupo.
• Mide los parámetros eléctricos (tensiones, intensidades, potencias, frecuencia, factor de potencia, armónicos) y mecánicos (presiones, temperaturas, horas de funcionamiento).
• Registra los eventos para posterior análisis.

El controlador de grupo también actúa sobre el regulador de tensión del alternador y de velocidad del motor cuando es necesario sincronizar y repartir carga con otros grupos en paralelo o con la red.

Figura 1. Sistema de control de grupo electrógeno

Conmutador de potencia red-grupo
Cuando el grupo electrógeno se utiliza en servicio de emergencia por fallo del suministro eléctrico de la red es necesario completar la instalación con un equipo de control de conmutación y un conmutador de potencia red-grupo.

El conmutador de potencia red-grupo, está formado por un disyuntor de grupo y un disyuntor de red para conectar la carga a red o a grupo. Los disyuntores pueden ser interruptores automáticos motorizados, contactores o conmutadores motorizados en carga.

El equipo de control de conmutación es un módulo electrónico que detecta el fallo de la red, da la señal exterior de arranque al cuadro automático y controla la conmutación red-grupo.

Modos de funcionamiento 

Los controladores de grupo y los equipos de control de conmutación son equipos electrónicos  fácilmente programables para adaptarse a diversos modos de funcionamiento según las necesidades de cada instalación. A continuación se exponen los modos de funcionamiento que ofrecen estos dispositivos. 

Arranque automático por fallo de red y transferencias de carga con corte
El controlador de grupo arranca automáticamente el grupo al fallar la red. Una vez arrancado, el equipo conecta la carga al grupo quedando restablecido el suministro eléctrico. El tiempo desde que se produce el corte de red hasta que se restablece el suministro con el grupo electrógeno está entre 5 y 10 segundos.

Al volver la red, el equipo desconecta el grupo electrógeno, conecta la carga a la red, detiene el grupo y lo deja disponible para un próximo fallo de la red.

Figura 2. Arranque automático por fallo de red

Todas las conmutaciones entre red y grupo se realizan con paso por cero, produciéndose un corte en el suministro. Por tanto es necesario que los disyuntores del conmutador de potencia red-grupo dispongan de un enclavamiento eléctrico y mecánico. 

Arranque automático por fallo de red y transferencia de carga sin corte
Al igual que en el caso anterior, el Controlador de Grupo arranca automáticamente el grupo al fallar la red. Una vez arrancado, realiza la maniobra de conectar carga al grupo quedando restablecido el suministro eléctrico.

La diferencia importante, es que al volver la red se realiza la transferencia de carga sin corte (es decir, sin paso por cero) mediante una sincronización automática del grupo con la red y transferencia de carga en rampa de grupo a red.

También es posible hacer la transferencia de carga sin corte de la red al grupo. De esta manera se puede probar el grupo con carga real sin provocar ningún corte de energía en la instalación. 

Los equipos que permiten la transferencia de carga sin corte en España, deben cumplir las condiciones técnicas que establece el Reglamento electrotécnico de Baja Tensión ITC-BT-40-40.2.

Arranque automático por señal exterior.
El controlador de grupo arranca el grupo electrógeno al recibir una señal exterior de arranque. Esta señal procede de un Equipo de control de conmutación que controla la red y da la señal de arranque al grupo en caso de fallo de red. 

Cuando el grupo ha arrancado, el controlador de grupo da una señal al equipo de control de conmutación para conectar la carga.

Cuando el equipo de control de conmutación retira la señal de arranque, el grupo para después de un tiempo programable.

Figura 3. Arranque automático por señal exterior

El equipo de control de conmutación y el controlador de grupo se pueden programar para realizar las transferencias de carga sin corte (es decir, sin paso por cero) como se ha visto en el punto anterior. 

Con esta configuración se pueden controlar de forma independiente varias redes. Cada red dispone de su  conmutador de potencia red-grupo y su equipo de control de conmutación que envía orden arranque al grupo en caso de fallo de red. El grupo arrancará cuando falle cualquiera de las redes y dará servicio a la que ha fallado. Un ejemplo de control distribuido con varias redes se muestra en la figura 4.

Figura 4. Control distribuido de 4 redes y un grupo.

Paralelo permanente con red
En las instalaciones que lo permitan, es posible activar la función de Paralelo Permanente del grupo con la red para pruebas con carga. El grupo se sincroniza automáticamente con la red y pasa a funcionar en paralelo con la red con un nivel de carga inicial prefijado (habitualmente el 20% de su potencia nominal). El usuario puede incrementar a su voluntad el nivel de carga del grupo.  

En este modo de funcionamiento se puede utilizar el grupo como SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) cuando se desea que, ante un posible corte de la red, el grupo asuma el resto de la carga de forma inmediata evitando cualquier cero. Ante esta situación el equipo abre inmediatamente el interruptor automático de red y el grupo sigue funcionando con normalidad.

También se aplica en instalaciones en que la red no tiene potencia suficiente para alimentar todas las cargas en puntas de potencia. El grupo arranca automáticamente y se pone en paralelo permanente con la red asumiendo el pico de carga que supera el máximo de la red (función Peak Shaving). 

Grupos en paralelo
El controlador de grupo también puede configurarse para que el grupo trabaje en paralelo con otros grupos.

Cuando el equipo recibe la señal de arranque, procedente del equipo de control de conmutación, gestiona el arranque y la sincronización automática con los otros grupos.

La sincronización puede realizarse de dos formas:

• Método rápido por eje eléctrico: Todos los grupos arrancan con el interruptor automático cerrado. Mediante una corriente de excitación controlada, se auto-sincronizan los alternadores de forma simultánea al arranque de los motores diésel, lográndose la máxima rapidez de respuesta. 
• Método secuencial: Los grupos arrancan con los interruptores abiertos. Se conecta a barras el primer grupo en estar disponible y los otros se van sincronizando y conectando sucesivamente a barras. Este método se emplea cuando no es importante la rapidez de restablecimiento del servicio eléctrico.

Una vez arrancados y sincronizados en paralelo todos los grupos, el controlador de grupo da una señal al equipo de control de conmutación para conectar  la carga. La carga se reparte automáticamente entre los grupos gracias a que los controladores están unidos por un bus de comunicación.

A continuación se muestra un ejemplo de un conjunto de 4 grupos en paralelo. 

Figura 5. Grupos en paralelo

El bus de comunicación entre los controladores de grupo permite conocer el estado de funcionamiento del conjunto de los grupos desde cualquiera de ellos y realizar el reparto de carga. No es necesario por tanto un cuadro centralizador aparte. El bus de comunicación debe estar correctamente instalado para evitar interferencias electromagnéticas.

Los sistemas de control de grupos en paralelo permiten programar la conexión y desconexión automática de los grupos en función de la carga. De esta forma, sólo funcionarán los grupos precisos, evitando el funcionamiento de todos los grupos con bajo nivel de carga. 

Como en los casos anteriores, es posible realizar transferencias de carga sin corte entre grupos y red. En las instalaciones que lo permitan, también se pueden poner los grupos en paralelo permanente con la red para pruebas con carga.