Cómo combinar un conjunto de generadores diesel con motores, bombas y otras cargas de alta corriente de arranque

La combinación de un conjunto de generadores diesel con motores, bombas y otras cargas de alta corriente de arranque requiere más que sumar kilovatios de placa de nombre.Puede tomar de seis a ocho veces su corriente de carga completa durante varios segundos, y el kVA de arranque resultante puede bajar el voltaje del sistema lo suficiente como para detener otros motores, dejar caer los contactores o apagar todo el sitio.Este artículo explica por qué el arranque del motor hace que un generador se esfuerce de manera diferente a las cargas constantes, por qué la corrección correcta protege tanto la fiabilidad como el presupuesto, y cómo aplicar un método de dimensionamiento paso a paso basado en el transitorio inicial más grande, la caída de voltaje admisible,Reacción subtransiente del alternadorEn la actualidad, la industria de la electricidad está experimentando un aumento de la demanda de energía eléctrica en los Estados miembros, y las opciones de arranque de baja tensión, como los arrancadores blandos y los accionadores de frecuencia variable.y sistemas de HVAC muestran cómo los ingenieros traducen los datos de la placa de identificación del motor en una clasificación de generador defendible, y cómo las pruebas de puesta en marcha confirman que el conjunto elegido inicia la carga sin activar las protecciones.y qué preguntas hacer a su proveedor de generadores antes de ordenar cualquier equipo.

¿Qué hace que las cargas de alta corriente de arranque sean diferentes de las cargas constantes?

La corriente de arranque de un motor de inducción se rige por la física electromagnética.y el motor se comporta como un transformador con su devanado secundario casi cortocircuitoLa corriente está limitada principalmente por las impedancias de fuga del estator y del rotor.por lo que la corriente del rotor bloqueado es típicamente de seis a ocho veces la corriente de carga completa para los motores construidos para NEMA MG-1 diseño B característicasEsta entrada se descompone a medida que el rotor acelera y la fuerza electromotriz se acumula, pero para cargas de alta inercia como bombas grandes, ventiladores y compresores,la corriente elevada puede persistir durante 5 a 15 segundos o más.

La consecuencia práctica es que un motor exige dos cosas diferentes de un generador diesel puesto en marcha en el mismo momento: una gran corriente reactiva que presiona el alternador,y potencia mecánica real para acelerar la cargaDurante el arranque el factor de potencia del motor es bajo, normalmente en el rango de 0,3 a 0,5 retrasos,por lo que el kVA de inicio es mucho mayor que el kW de funcionamiento de la misma máquinaPor lo tanto, los fabricantes de generadores publican tanto datos de rendimiento en estado estacionario como de rendimiento transitorio, incluida la reactancia subtransiente del alternador X "d, generalmente del 10 al 20 por ciento,que determina en gran medida la profundidad de las caídas de voltaje durante los primeros ciclos de arranque de un motor.

Una segunda distinción es importante para el dimensionamiento: la carga en estado estacionario determina los kW y kVA continuos que el conjunto debe soportar,Mientras que el transiente de inicio más grande determina la tensión eléctrica momentánea el alternador debe sobrevivir sin disparar las protecciones o detener otros equiposUn conjunto de tamaño sólo para la carga en marcha puede no comenzar nada en absoluto; un conjunto de tamaño sólo para la mayor entrada puede ser de gran tamaño, costoso y propenso a problemas de carga ligera, tales como apilamiento húmedo.La corrección correcta equilibra los dos.

Las normas enmarcan estos requisitos. ISO 8528-5 clasifica el rendimiento transitorio de voltaje y frecuencia del generador en las clases G1 a G4,ayudar a los ingenieros a especificar la rapidez con que el conjunto debe recuperarse después de una carga de paso, como un arranque del motorLa norma IEC 60034-1 define las calificaciones del motor, mientras que la letra de código NEMA del motor en su placa de identificación indica su kVA de rotor bloqueado por caballos de fuerza.La lectura correcta de estas marcas es la base de todo el ejercicio de dimensionamiento.

Por qué corregir las cuestiones de compatibilidad de carga para la fiabilidad y el costo

El costo de un desajuste suele aparecer en el peor momento: la primera vez que un motor realmente arranca del generador.la tensión puede bajar por debajo del punto de abandono de los contactores y arrancadores del motor, otros motores en funcionamiento pueden detenerse o perder carga, y la protección del generador puede activarse, apagando el sitio unos segundos después de la falla de la utilidad.el propietario paga más costo de capital, quema más combustible con una carga ligera y corre el riesgo de apilarse en húmedo, donde el combustible no quemado y el hollín cargan el sistema de escape durante largas carreras de baja carga.Obtener el partido correcto la primera vez evita los dos modos de fallo y sus correcciones costosasEl resultado es menos pérdidas de producción, no hay adquisiciones de emergencia a precios superiores y una relación más fluida entre el equipo del proyecto y el proveedor de equipos.

Cuatro beneficios de ingeniería se derivan de un conjunto de generadores adecuadamente combinado:

• Tensión estable para todo el sitio.Cuando el alternador, el sistema de excitación y el motor están correctamente dimensionados, un arranque del motor produce una breve caída de voltaje controlada en lugar de un colapso.y los controles de proceso no ven fallas molestasEl voltaje que se recupera rápidamente también prolonga la vida de la iluminación, los accionamientos y la electrónica de control.
• Comienzo exitoso de todos los motores, cada vez.El motor de control, generalmente el motor más grande o el que tiene el kVA de arranque más alto, debe acelerar a toda velocidad dentro de la capacidad transitoria del generador.máquinas de triturar, y los enfriadores son típicos reguladores de cargas, y en estas aplicaciones un arranque fallido puede convertirse rápidamente en un incidente de seguridad o de producción.
• Menor costo total de propiedad.Al combinar el juego con el método de arranque, ya sea en línea directa, estrella-delta, arranque blando o accionamiento de frecuencia variable, el ingeniero evita pagar por una máquina del doble del tamaño realmente necesario.Los equipos de arranque de baja tensión suelen costar menos que la capacidad adicional del generador que reemplaza, y un conjunto adecuadamente combinado mantiene el consumo de combustible y los intervalos de mantenimiento predecibles.
• Funcionamiento limpio y mayor duración del motor.Un generador que funcione cerca de su factor de carga diseñado quema combustible limpiamente, mantiene la temperatura de los gases de escape alta y evita la acumulación de carbono asociada con un funcionamiento prolongado con carga ligera.Los conjuntos correctamente combinados también pasan menos tiempo cazando entre las respuestas del gobernador y AVR durante las etapas de carga, y los propietarios ven la diferencia en menores costos de servicio año tras año.

Para un ingeniero que especifica una nueva instalación, o un equipo de planta que agrega cargas de motor a un conjunto de espera existente, la pregunta nunca es simplemente cuántos kilovatios necesitamos.Comenzó en qué dirección, produce la peor transiente, y si el generador puede viajar a través de ella mientras que todavía llevar el resto de la instalación.Las respuestas provienen de los datos de la placa del motor y de los datos transitorios publicados por el generador, no por conjeturas.

Cómo combinar un conjunto de generadores diesel con cargas de alta corriente de arranque

El método siguiente sigue la secuencia utilizada por los especificadores experimentados de generadores: construir el cuadro de carga, calcular el peor transiente de arranque, elegir el método de arranque,Seleccionar el motor y el alternador, luego prueba el resultado con pruebas reales.

1Construir un inventario completo del motor y la carga.

Recorre el sitio y registra cada carga impulsada por motor: bombas, ventiladores, compresores, enfriadores, trituradores, transportadores, elevadores y máquinas herramientas.amplificadores de rotor bloqueado o letra de código NEMA, la eficiencia, el factor de potencia y la velocidad, y anote cómo se arranca el motor: directo en línea, estrella-delta, arranque suave o accionamiento.Por ejemplo, después de una falla de la red eléctrica cuando varias bombas se reinician juntas.El motor con el mayor kVA de arranque, no necesariamente el mayor kW de marcha, regirá el dimensionamiento transitorio.

2. Cálcule la transiente inicial de gobierno

Con el motor de mando identificado, se estima su kVA de arranque: se multiplica el kVA del motor a plena carga por el múltiplo de corriente del rotor bloqueado, de seis a ocho para el arranque directo en línea.Una bomba de riego de 75 kW con una eficiencia del 93% yEl factor de potencia de.86 consume alrededor de 94 kVA a plena carga, por lo que un arranque directo en línea requiere aproximadamente 560 kVA.generador kVA requerido es igual a kVA inicial veces los tiempos de reactividad subtransiente (1 menos la caída permitida) dividido por la caída permitida. Con un objetivo de 20% de caída y 15 por ciento de reactancia, que la bomba por sí sola sugiere alrededor de 340 kVA; agregar las cargas de funcionamiento restantes y seleccionar el siguiente tamaño estándar,Luego confirme la selección con el software de dimensionamiento del proveedor.

3. Elija el método de inicio antes de finalizar el tamaño

El arranque con voltaje reducido reduce drásticamente el transiente, el arranque con estrella delta reduce la corriente de la línea a aproximadamente un tercio de los valores de línea directa.tensión de rampa para mantener la corriente cerca de tres a cuatro veces la carga completaLos motores de frecuencia variable pueden mantener la corriente de arranque cerca del valor nominal.De 3 a 4 veces para los comestibles blandos, y de 1,1 a 1,5 veces para los VFD. Debido a que el método cambia tanto el tamaño del generador como la tensión mecánica en las bombas y equipos accionados, decidirlo temprano y verificar los requisitos del código,ya que a menudo se requiere que las bombas de incendios se enciendan directamente en línea.

4Seleccione Motor, Alternador y Excitación para el Transiente.

Una vez fijado el objetivo de kVA, dividiéndolo en componentes. El motor debe entregar potencia real, incluyendo los kW absorbidos mientras los motores aceleran,con suficiente respuesta del regulador para mantener la frecuencia dentro de su clase especificadaEl alternador debe entregar el kVA de inicio, así que busque una reactividad subtransiente baja y una excitación rápida.Las máquinas con excitación PMG o AREP mantienen el voltaje mucho mejor durante las inmersiones profundas y manejan la corriente no lineal de las unidades. Especifique la regulación dentro de aproximadamente el 1 por ciento y confirme que la calificación establecida en el factor de potencia de 0,8 cubre la demanda de carga kVA.

5Verificar con una prueba de arranque de motor real en la puesta en marcha.

Los cálculos en papel terminan cuando comienzan las pruebas de campo.y registrar el voltaje y el rastreo de frecuencia con un analizador de potencia. Compare la caída medida con el objetivo de diseño, típicamente alrededor del 20 por ciento para cargas industriales generales y menos donde se opera electrónica sensible.que el AVR restablezca el voltaje en el tiempo especificadoLuego simule un fallo de utilidad para verificar la secuencia de reinicio, incluyendo la lógica de inicio escalonada,y documentar los resultados como base de la instalación.

Preguntas frecuentes

¿Por qué los motores consumen de seis a ocho veces su corriente de marcha cuando comienzan?

En estado de parada, un rotor de motor de inducción no tiene fuerza electromotriz inversa, por lo que el motor actúa como un transformador con un circuito secundario casi corto.con una capacidad de transmisión superior a 50 W,A medida que el rotor acelera, el campo electromagnético se acumula y la corriente cae hacia el nivel normal.

¿Puede un arranque suave o un VFD reducir el tamaño del generador que necesito?

Sí, un arranque suave limita la entrada a aproximadamente tres o cuatro veces la corriente de carga completa, y una unidad de frecuencia variable puede mantener la corriente de arranque cerca del valor nominal del motor,Así que el generador se enfrenta a un transitorio mucho más pequeñoConfirme que los armónicos de accionamiento son aceptables para el alternador y prefiera las máquinas excitadas por PMG donde los accionamientos dominan la carga.

¿Qué caída de voltaje es aceptable cuando se arranca un motor desde un generador?

Para los sitios industriales generales, muchos ingenieros diseñan una caída transitoria de aproximadamente un 20 por ciento, y algunas aplicaciones toleran hasta un 30 por ciento para los primeros ciclos.Cuando estén presentes componentes electrónicos sensibles o controles de procesosEl equipo más sensible fija el límite práctico.

¿Debería dimensionar el conjunto de generadores en kW o kVA para las cargas del motor?

El motor debe suministrar potencia real, incluida la energía extra absorbida mientras los motores aceleran.El alternador debe suministrar energía aparenteUn conjunto de 400 kW a un factor de potencia de 0,8 suministra 500 kVA, así que compruebe ambos límites.

¿Por qué baja el voltaje del generador si el motor tiene suficiente potencia?

La caída de voltaje durante el arranque del motor es principalmente un fenómeno del alternador.y la profundidad de inmersión depende de la reactividad subtransienteEl motor y el regulador responden a la frecuencia, que cae cuando la demanda de potencia real salta, por lo que la excitación rápida y la baja reactancia limitan el transitorio.

¿Qué pasa si añado un motor grande a un conjunto de generadores existentes?

No asuma que el conjunto existente tenga capacidad de repuesto. Compare el nuevo motor de arranque kVA con la capacidad transitoria establecida y compruebe si puede arrancar mientras se ejecutan las cargas existentes.Una prueba de arranque revelará si la caída de voltaje es aceptableSi no, considere un arranque suave, un arranque escalonado o un juego más grande.

Conclusión

Combinar un conjunto de generadores diesel con motores, bombas y otras cargas de alta corriente de arranque es un ejercicio de ingeniería, no una suposición.su corriente de rotor bloqueadoCalcule el transiente de arranque, establezca una caída de voltaje aceptable para el equipo más sensible, y solo entonces elija el motor kW, el alternador kVA y el sistema de excitación.El arranque de voltaje reducido y la lógica de reinicio escalonada son herramientas probadas para mantener el conjuntoFinalmente, confirme cada suposición con una prueba de puesta en marcha que arranque motores reales contra el generador real.Si su proyecto necesita una segunda opinión sobre los datos de carga, cálculos transitorios, o selección del generador, póngase en contacto con nuestro equipo de ingenieros.y unas pocas horas de revisión de ingeniería pueden evitar años de tiempo de inactividad evitable.