Es primordial proteger los equipos de generación de energía contra daños debidos a condiciones anormales que exceden las clasificaciones de salida. El Código Eléctrico Nacional (NEC) exige la coordinación de dispositivos de protección en circuitos alimentados por generadores, especialmente para cargas de seguridad humana. La utilización de controles de regulación de voltaje para aplicar excitación total al campo del generador durante condiciones de falla puede simplificar la coordinación.
La protección contra sobrecorriente involucra cualquier corriente que exceda la clasificación del generador. Estas condiciones suelen deberse a sobrecargas, cortocircuitos o fallas a tierra. Sin protección contra sobrecorriente, todo el sistema puede verse comprometido, con posible pérdida de circuitos cruciales de seguridad humana debido a una falla distante, como se muestra en la Figura 1.
Los dispositivos de protección comunes incluyen fusibles y disyuntores:
Los fusibles actúan rápidamente y son rentables, pero es necesario reemplazarlos después de que el filamento del interior se funde durante un viaje.
Los disyuntores, por otro lado, se pueden restablecer después de dispararse y tienen múltiples opciones para determinar el tiempo de reacción en caso de falla, lo que los hace más seguros que los fusibles. Los disyuntores más adecuados para estas condiciones tienen características de disparo de tiempo inverso: cuanto mayor es la corriente, más corto es el tiempo antes de que se dispare el disyuntor. Generalmente, excepto en el caso de interruptores de rama más pequeños, se depende de la sección térmica o electrónica en lugar de la sección magnética. Estos disyuntores cuentan con una clasificación de capacidad de interrupción en amperios (AIC), que indica la corriente de disparo máxima que pueden manejar sin dañar el equipo.
SOPORTE DE EXCITACIÓN. CARACTERÍSTICAS DE FALLO DE EXCITACIÓN.
Un grupo electrógeno estándar sin provisiones especializadas de mantenimiento de excitación de campo experimentará un colapso total de la producción durante una falla casi sólida. Es poco probable que reaccione la sección instantánea de los disyuntores de la línea del generador, ya que los generadores normalmente exhiben menos de cinco veces su corriente nominal durante los cortocircuitos. Las fallas a tierra o los cortocircuitos en las líneas de carga hacen que el voltaje del generador caiga, lo que hace que el regulador de voltaje digital aplique excitación total al campo del generador, que generalmente es de dos a tres veces la excitación de carga completa. La ubicación y la gravedad de la falla pueden provocar corrientes de cortocircuito de hasta el 600% de la corriente nominal, suficiente para disparar fusibles de circuito derivado o disyuntores.
SIN APOYO DE EXCITACIÓN
Sin soporte de excitación, la corriente de cortocircuito cae a cero casi instantáneamente. El forzamiento de campo mejorado a través de un imán permanente (PMG) o un diseño de devanado auxiliar permite que el regulador de voltaje se recupere más rápido, según las reactancias internas del generador.
PROTECCIÓN DEL DISYUNTOR DEL GENERADOR
La capacidad del generador para suministrar corrientes de falla sustanciales podría dañar el alternador sin dispositivos de protección contra sobrecorriente. Por lo tanto, un disyuntor del generador es esencial para interrumpir la corriente de sobrecarga (incluidas las condiciones de falla) después de un retraso específico, permitiendo que los dispositivos aguas abajo funcionen o se disparen más cerca de la falla antes de dañar el generador. Los grupos electrógenos KOHLER® pueden soportar el 300% de la corriente nominal durante 10 segundos durante un cortocircuito.
ESTUDIO DE COORDINACIÓN SELECTIVO
La Figura 2 ilustra un esquema de coordinación típico, que muestra la corriente versus el tiempo. Un estudio de coordinación completo requiere comprender la interacción de estas tres curvas:
1. Curva de daño del alternador alineada con la protección del alternador.
2. Curva del disyuntor del generador que indica la ventana de disparo.
3. Curvas de decremento del alternador para la corriente generada.
El retardo de tiempo de cada dispositivo de protección contra sobrecorriente aumenta desde la carga hasta la fuente. Un estudio de coordinación selectiva es esencial para determinar los retardos de tiempo adecuados para cada dispositivo entre la fuente de alimentación y la carga.
Figura 2
CURVAS DE DISMINUCIÓN DEL ALTERNADOR
CURVA DE DISMINUCIÓN DEL ALTERNADOR ESTÁNDAR
Las curvas de decremento ilustran la corriente del generador durante los cortocircuitos realizados en los terminales del generador, indicando la corriente máxima que el generador puede proporcionar para el desarrollo coordinado del sistema de protección. La Figura 3 muestra una curva de disminución del alternador estándar. Las aplicaciones del mundo real generalmente no alcanzan el máximo debido a la impedancia de la línea de carga y a la velocidad potencialmente reducida del generador. Se proporcionan tres curvas: fallas trifásicas, de línea a línea y de línea a neutro.
CURVA TRIFÁSICA
Los ingenieros suelen utilizar la curva trifásica para la planificación conservadora en estudios de coordinación selectiva. Sin embargo, las fallas línea a línea y línea a tierra son más comunes en la práctica. Las curvas concluyen en el límite de capacidad térmica o curva de daño. El sistema de protección debe evitar cualquier combinación de corriente y tiempo más allá de esta línea, lo que implica la necesidad de una característica de tiempo inverso para definir los límites térmicos del alternador.
PROTECCIÓN DEL CONTROLADOR
CONTROLADORES DE GENERADOR KOHLER®
Los controladores de generador Kohler vienen con protección térmica integral del alternador, lo que limita la corriente entregada por debajo de la curva de daño. El disyuntor del generador protege los dispositivos aguas abajo. La Figura 4 muestra el controlador APM603, que incluye características como configuraciones de limitación de corriente para el alternador y protección contra fallas. Con un regulador de voltaje integrado, el APM603 controla meticulosamente la excitación del alternador, utilizando configuraciones integradas para una máxima protección del generador. ( Figura 4)
CARACTERÍSTICAS DEL APM603
El APM603 también incluye capacidad de conmutación de mantenimiento de reducción de energía (ERMS), clasificándolo como un dispositivo de protección contra sobrecorriente según NEC 240.87 Reducción de energía de arco.
FUNCIÓN DEL MODO DE MANTENIMIENTO
La función Modo de mantenimiento permite la configuración intuitiva de eventos instantáneos de sobrecarga de corriente sin alterar el software. Los clientes pueden establecer estos límites en función de los perfiles de carga, proporcionando una advertencia cuando el modo de disparo instantáneo o mantenimiento está habilitado, evitando que el sistema esté en el modo “listo”.
PENSAMIENTOS FINALES
Los generadores suelen ofrecer una capacidad de corriente de falla limitada en comparación con los servicios públicos. Los generadores de muy alta calidad, como los generadores Kohler, brindan un respaldo crucial de protección contra sobrecorriente para un funcionamiento confiable del generador, esencial en el diseño de sistemas de energía de respaldo seguros y efectivos. NEC exige un estudio de coordinación selectiva para los sistemas de emergencia. Las curvas de corriente decreciente son herramientas vitales para estos estudios. Los disyuntores del generador KOHLER y la información de la curva de decremento en SKM Power Tools ayudan a los ingenieros en sus esfuerzos de coordinación.
