14.- INSTALACIONES PARA ALIMENTACION DE SOCORRO

14.1.- GENERALIDADES

Las instalaciones incluyen consumidores que resultan

particularmente exigentes en lo que se refiere a la continuidad y a la calidad de su alimentación de energía eléctrica. De una forma general, puede decirse que, en caso de fallo de la corriente normal de alimentación, deben quedar cubiertas las siguientes funciones:

- Asegurar la seguridad del personal.

- Impedir las averías de material.

- Permitir la ejecución de maniobras.

- Disponer de un alumbrado mínimo o alumbrado de socorro. En caso de accidente, este alumbrado asegura una iluminación mínima de la sala de control, así como de las escaleras, salidas y, en general, de todos los puntos en que sean necesarias maniobras y circulación, tanto para la seguridad del personal como para la reanudación del servicio normal.

Normas generales para la elección de una alimentación de socorro

Para elegir un sistema adecuado de alimentación de socorro, han de tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

1- Cuales son los consumidores netamente prioritarios que puedan justificar el coste de instalación de una fuente de energía de socorro. Entre estos consumidores los hay de dos tipos:

- dispositivos reglamentarios de seguridad cuya amortización no debe justificarse

- dispositivos destinados a impedir averías en los materiales o a permitir la reanudación del servicio normal.

2- Cual es la duración máxima de interrupción de corriente que puede tolerar cada uno de estos consumidores prioritarios.

3- Durante cuanto tiempo habrá de disponerse de una alimentación de socorro suponiendo que el fallo en la alimentación normal se prolonga indefinidamente.

4- Cual es la probabilidad para que le fallo del suministro normal se extienda más allá de la duración que pueden admitir los consumidores prioritarios.

5- Cuales son los riesgos que se está dispuesto a tomar.

6- Cuales son los costes de instalación de los diferentes sistemas de socorro.

La elección de los consumidores prioritarios constituye una cuestión muy delicada. Analizando las funciones de los diferentes aparatos receptores, generalmente podrá apreciarse que, hay pocos de ellos que no puedan admitir cortas interrupciones de servicio y aún menos que no puedan tolerar ninguna; si se ha previsto la posibilidad de alimentar separadamente estos consumidores exigentes, la potencia de socorro a prever permanecerá moderada.

Por lo tanto se podrá distinguir:

a) los que no pueden soportar ninguna parada, para dotarlos de un socorro inmediato

b) los que pueden aceptar una corta interrupción de corriente.

c) los que pueden esperar sin perjuicio el retorno de la alimentación normal, para los que no se preverá alimentación de socorro.

Algunos de los consumidores, como por ejemplo, el alumbrado de socorro, pueden realimentarse, sin inconveniente, por medio de corriente continua producida directamente por baterías de acumuladores. Pero otros por razón de su construcción no pueden adaptarse a la alimentación por corriente continua, para estos receptores habrá que disponer un socorro por corriente alterna.

14.2.- ALIMENTACION DE SOCORRO CON CORRIENTE ALTERNA

Para las aplicaciones que exigen una alimentación de socorro con corriente alterna, se pueden distinguir 4 procedimientos:

1- Grupo ondulador giratorio (convertidor giratorio continua-alterna alimentado por baterías).

2- Grupo ondulador estático alimentado por batería

3- Combinación grupo electrógeno-ondulador-batería.

4- Grupo motor eléctrico-alternador-motor térmico.

Veamos cada uno de ellos brevemente.

Grupo ondulador giratorio alimentado por batería

El siguiente esquema representa este sistema, y tiene los siguientes elementos:

- Una máquina de corriente alterna, generalmente síncrona, que funciona como motor durante la alimentación normal pero que funciona como generador automáticamente, cuando falta la corriente del sector.

- Una máquina de corriente continua que, durante la alimentación normal, es accionada por la máquina anterior, funcionando, por tanto como generador y cargando la batería de acumuladores, pero que, automáticamente, actúa como motor de accionamiento de la máquina de corriente alterna, en caso de fallo de la alimentación normal.

- Una batería de acumuladores.

Grupo ondulador estático alimentado por batería

También puede utilizarse un sistema completamente estático para la producción de corriente alterna de socorro. Los constituyentes de este sistema son:

- Un ondulador, que transforma la corriente continua de una batería, en corriente alterna. El modelo más corriente, utiliza rectificadores de silicio controlados, tiristores, para inyectar impulsos de corriente continua al primario de un transformador y recoger corriente alterna en el secundario. Este ondulador tiene buen rendimiento tanto a plena carga como a media carga.

Variantes del sistema de alimentación de socorro con grupo ondulador estático

Si se utiliza un ondulador estático, existen tres variantes principales para la alimentación de socorro de los consumidores prioritarios.

Primera variante. Está representada en la figura siguiente.

Las cargas prioritarias están permanentemente alimentadas por el ondulador, tanto en marcha normal como en marcha de socorro. Se utiliza este procedimiento en pequeñas instalaciones y para aplicaciones especiales, por ejemplo la alimentación de ordenadores porque presenta la ventaja de aislar éstos de cualquier perturbación del sector.

Segunda variante. Se representa a continuación.

Normalmente, los consumidores prioritarios están alimentados por el sector; pero su carga queda transferida automáticamente al ondulador cuando falla la corriente normal. Esta variante tiene la ventaja de necesitar menor capacidad en el cargador ya que la única misión de éste es cargar la batería, en lugar de suministrar permanentemente la potencia total de la alimentación de los consumidores prioritarios. Como contrapartida, estos consumidores están normalmente conectados a la red y, por lo tanto, expuestos a los golpes de la corriente de ésta. Es decir, que esta variante resultará apropiada cuando el inconveniente citado es soportable.

Tercera variante. Es el esquema siguiente.

Como en la primera variante, los consumidores prioritarios están permanentemente alimentados por el ondulador. Pero en esta ocasión, la corriente continua suministrada al ondulador procede, durante la marcha normal, de un dispositivo transformador-rectificador provisto de una regulación de tensión y un filtro; el cargador y la batería están conectados a un circuito en paralelo con el circuito principal; un diodo interpuesto entre el circuito cargador-batería y el circuito transformador-rectificador, transfiere automáticamente la alimentación del ondulador a la batería, en caso de fallo de la corriente normal.

Combinación grupo electrógeno-ondulador-batería

Para asegurar un servicio de socorro de varias horas con un ondulador, hay que prever, siguiendo el calculo hecho en el apartado de cálculos, una batería y su correspondiente cargador, de bastante importancia. El problema, así planteado, resulta totalmente insoluble si el suministro de socorro debe tener una duración de días.

Una solución a problemas de este tipo, puede ser la adición de un grupo electrógeno al conjunto batería-ondulador. La batería asegura el servicio de socorro sólo durante el tiempo necesario para el arranque y la puesta en marcha del grupo electrógeno; este grupo asegura una marcha de socorro, que puede ser de larga duración. En un sistema de este tipo la intervención de la batería es limitada, lo que permite darle una capacidad más razonable y prever un cargador de batería de calibre más reducido.

En la siguiente figura se representa el esquema de una alimentación de socorro de este tipo.

Grupo motor eléctrico-alternador-motor térmico

Otro sistema que permite asegurar el servicio permanente de los consumidores prioritarios, consiste en alimentar estas cargas esenciales por medio de un alternador con doble accionamiento: con un motor eléctrico durante la marcha normal y con un motor térmico durante el servicio de socorro. Este es el sistema tomado para nuestra instalación.

En el mismo eje se montan un alternador, un motor eléctrico y un volante de inercia; un embrague magnético permite acoplar esta línea con el eje de un motor térmico, previo paro del grupo. Este conjunto está representado en la sección de planos.

El alternador alimenta permanentemente a los consumidores prioritarios que, de esta forma, no quedan expuestos a las fluctuaciones del sector en marcha normal; por otro lado, el volante regulariza la velocidad del motor eléctrico en caso de variaciones pasajeras de la frecuencia del sector.

El motor eléctrico que acciona el alternador durante la marcha normal, que automáticamente separado del sector cuando la tensión de éste cae por debajo de un valor previamente fijado, por ejemplo, a 90% de la tensión normal.

Cuando se produce esta baja de tensión en el sector, se excita al embrague magnético y acciona a gran velocidad, unas 1500 r.p.m., el eje del motor térmico, que arranca a plena potencia y casi inmediatamente, sobre todo, si se ha tomado la precaución de mantener a buena temperatura su cárter de aceite y sus camisas de agua. De esta manera, los consumidores prioritarios quedan alimentados sin interrupción, excepto la ligera disminución de la frecuencia debida a la disminución de la velocidad en el volante durante el arranque del motor térmico.

Cuando se restablece la tensión en el sector, se desexcita el embrague magnético, vuelve a arrancar el motor eléctrico, y queda parado el motor térmico. Generalmente, esta vuelta al servicio normal se hace cuando la tensión ha subido, por lo menos, al 95% de su valor nominal, pero se difiere la parada del motor térmico durante algún tiempo para evitar arranques repetidos en caso de fluctuaciones rápidas del sector y, también, para permitir que el motor térmico tome buena temperatura cada vez que deba entrar en funcionamiento. Este es el sistema adoptado en nuestra instalación.

14.3.- NORMAS PARA LA ELECCION DE UN GRUPO DE SOCORRO

Después de haber visto los diferentes sistemas que pueden elegirse para realizar una alimentación de socorro, vamos a examinar los criterios para seleccionar, entre estos sistemas, el más adecuado. Para ello, estableceremos una jerarquía de las cualidades que deben exigirse a un grupo de alimentación de socorro.

1- Si la condición esencial es la continuidad de la alimentación y un pequeño nivel de perturbación en el momento de paso del servicio normal al servicio de socorro, se tendrá en cuenta que, aunque todos los sistemas vistos permiten asegurar un funcionamiento ininterrumpido, la perturbación producida para la corta duración de la transición varia de un método a otro. Los que llevan baterías causan la más pequeña perturbación en la forma de la onda, porque en ellos no interviene la inercia mecánico, mientras que, los que utilizan un volante para el lanzamiento de un motor térmico, producen inevitablemente una pasajera bajada de la frecuencia.

2- Si se prevé que se producirán averías de larga duración, los sistemas con batería exigen de ésta que sea de gran capacidad. Por el contrario, los dispositivos con motor térmico permiten funcionamientos de larga duración, limitados sólo por la reserva de combustible.

3- Si la condición esencial es la estabilidad de la tensión, se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones:

- En los sistemas en que las cargas prioritarias están siempre alimentadas, sea por el ondulador, sea por el alternador, como estas cargas no están directamente conectadas al sector, las variaciones de tensión en este no tienen ninguna influencia en su funcionamiento y la tensión se mantiene estable.

- En los dispositivos en que hay transferencia de alimentación de los consumidores prioritarios del sector en marcha normal a la fuente de socorro, caso de incidente, paso de uno a otro sistema de alimentación se realiza para una bajada de tensión cuyo valor debe de fijarse.

4- Si la frecuencia tiene una importancia especial, el dispositivo con ondulador constantemente en servicio, asegura una frecuencia completamente estable.

En los sistemas en los que las cargas prioritarias están alimentadas en marcha normal por la red, éstas sufren en toda su amplitud las variaciones de frecuencia de ésta.

En los casos de los grupos alternador, motor eléctrico, volante, embrague, motor térmico, en que los consumidores prioritarios están permanentemente alimentados por el alternador, no queda asegurada la estabilidad de la frecuencia. Efectivamente, si el motor eléctrico del grupo es síncrono, la velocidad de rotación del alternador variará con la frecuencia de la red; si este motor es asíncrono, la velocidad del alternador dependerá del deslizamiento de dicho motor.

5- Si lo que se desea es un alto grado de seguridad, éste se podrá obtener con todos los sistemas de baterías. En efecto, una batería en buen estado y bien cargada, responde inmediatamente a las solicitaciones de energía.

6- Todos los sistemas citados aseguran una marcha sin vigilancia. Para tener una instalación de socorro en buen estado de marcha, bastará con inspecciones periódicas y un adecuado programa de mantenimiento preventivo.