Funcionamiento en paralelo (sincronización) de grupos electrógenos

En las instalaciones alimentadas por un único grupo electrógeno de gran potencia, el equipo funciona muy por debajo de su capacidad en los periodos de baja carga; por ejemplo, cuando un equipo de 1400 kVA funciona en el turno de noche con una carga de unos 300 kVA, se forma hollín aceitoso en el escape y, durante el mantenimiento, la instalación queda sin respaldo. Si en la misma instalación se utilizan 3 × 700 kVA en paralelo, con carga baja funciona un solo equipo y, durante el mantenimiento, los demás quedan en espera como respaldo.

El funcionamiento sincronizado (en paralelo) consiste en conectar dos o más grupos electrógenos a la misma barra para que alimenten la carga conjuntamente. Los grupos pueden funcionar en paralelo entre sí o con la red. La condición es la siguiente: la tensión, la frecuencia, la secuencia de fases y el ángulo de fase del equipo que se va a conectar deben coincidir con los de la barra. Una vez conectado, la potencia activa y reactiva debe repartirse de forma equilibrada entre los equipos. De esta tarea se encargan el tablero de sincronización y las unidades de control de los grupos electrógenos.

Condiciones de sincronización

Parámetro	¿Por qué es importante?	Ventana típica (aproximada, ajustable)
Secuencia de fases	La conexión con secuencia invertida causa daños graves	Debe ser la misma (L1-L2-L3)
Tensión	La diferencia genera una corriente reactiva de compensación	Unos pocos %
Frecuencia	La diferencia crea un impulso de potencia en el momento de la conexión	~0,1–0,2 Hz
Ángulo de fase	Una diferencia grande crea un impacto mecánico y eléctrico	~±10°

La unidad de control ajusta la velocidad y la tensión del equipo que se va a conectar y aproxima los valores. Cuando se cumplen las condiciones, cierra el interruptor. Si la barra está vacía (barra muerta), el primer equipo listo se conecta directamente; los demás se sincronizan con él. Es imprescindible una lógica de enclavamiento que impida que dos equipos se conecten simultáneamente a la barra muerta.

Reparto de carga

• Potencia activa (kW): La reparten los reguladores de velocidad (governor). En los sistemas modernos, las unidades de control se comunican entre sí; la frecuencia se mantiene constante y la carga se distribuye en proporción a la potencia de los equipos (reparto de carga isócrono). El otro método es el droop: la velocidad baja ligeramente a medida que aumenta la carga y los equipos se reparten la carga en consecuencia.
• Potencia reactiva (kVAr): La reparten los AVR. Si el reparto de reactiva es deficiente, se produce una corriente circulante entre los equipos. Uno de los equipos muestra una corriente alta y el otro una baja; los alternadores se calientan innecesariamente.

El reparto de carga nunca es perfecto. Al calcular la capacidad total, es práctica común dejar un margen de unos pocos puntos porcentuales. Los valores exactos figuran en los datos del fabricante del sistema de control.

¿Por qué en paralelo?

• Redundancia (N+1): Aunque un equipo falle o entre en mantenimiento, los restantes soportan la carga.
• Funcionamiento según la carga: Cuando la carga baja, los equipos innecesarios se detienen automáticamente. Los restantes funcionan en su rango eficiente y se reducen los problemas derivados de la carga baja (wet stacking).
• Crecimiento por etapas: A medida que crece la instalación, se añaden nuevos equipos.
• Facilidad de mantenimiento: Los equipos entran en mantenimiento por turnos.
• Grandes potencias: Las necesidades que superan la potencia de un solo equipo se cubren con varios equipos; en sistemas muy grandes también se evalúan soluciones de media tensión.

También tiene un costo: más tableros, un control más complejo, más espacio y, por lo general, una inversión inicial mayor.

¿Un solo equipo grande o equipos en paralelo?

Ejemplo: carga crítica de 1200 kVA.

Opción	Potencia instalada	Con un equipo fuera de servicio	Nota
1 × 1400 kVA	1400 kVA	0 kVA	Sencillo, sin respaldo
2 × 1400 kVA (1+1)	2800 kVA	1400 kVA	Respaldo completo, potencia instalada alta
3 × 700 kVA (N+1)	2100 kVA	1400 kVA	Con respaldo, funcionamiento por etapas

Las cifras sirven para ilustrar el método. En la selección real se evalúan conjuntamente la clase de potencia (standby, prime, continua), los escalones de carga, los arranques de motores y la disposición.

Funcionamiento en paralelo con la red

Aplicaciones típicas:

• Transferencia cerrada: Traspaso de la carga sin interrupción cuando vuelve la red.
• Recorte de picos (peak shaving): Limitación de la potencia tomada de la red en las horas caras.
• Funcionamiento continuo en paralelo: Por ejemplo, cogeneración.

En el paralelo con la red se requieren protecciones de potencia inversa, de pérdida de red (como salto de vector y ROCOF) y de sincronización. La conexión suele estar sujeta a la autorización y a los requisitos técnicos de la empresa distribuidora.

Errores frecuentes en campo

• Alternadores con distinto paso de devanado. Si el paso de devanado (p. ej., paso 2/3) de los alternadores en paralelo es diferente, puede circular corriente de tercer armónico por el neutro. El cable de neutro se calienta.
• La puesta a tierra del neutro se plantea equipo por equipo. Un puente neutro–tierra independiente en cada equipo puede provocar corrientes circulantes. Consulte puesta a tierra del grupo electrógeno.
• No está definida la falla de la línea de comunicación. No está claro qué hará el sistema si se corta el cable entre las unidades de control.
• No hay deslastre de carga. Cuando un equipo sale de servicio, los restantes se sobrecargan y se produce una parada en cadena. Las cargas prioritarias y la lógica de deslastre de carga (load shedding) deben definirse desde el principio.
• En la puesta en marcha no se prueba el escenario real. La sincronización, el reparto de carga, la pérdida de un equipo y los escalones de carga deben probarse con carga real o con banco de carga; consulte prueba con banco de carga.

Lista de verificación

• ¿Están definidos la carga total, los escalones de carga y el objetivo de redundancia (N, N+1, 2N)?
• Con un equipo fuera de servicio, ¿los restantes cubren la carga?
• ¿Son adecuados para el funcionamiento en paralelo las unidades de control y los reguladores de velocidad?
• ¿Son compatibles los tipos de alternador y los pasos de devanado?
• ¿Se diseñó el esquema neutro–tierra a nivel de sistema?
• Si hay paralelo con la red, ¿se definieron los requisitos de la empresa distribuidora y las protecciones?
• ¿Está por escrito la lógica de deslastre de carga y de prioridades?
• ¿Se probaron la sincronización y el reparto de carga en la puesta en marcha?

Siguiente paso

Los sistemas en paralelo se utilizan sobre todo en centros de datos, hospitales e instalaciones industriales. Para evaluar con el equipo de Terex Diesel la configuración de los grupos electrógenos y del tablero de sincronización según su proyecto, contáctenos.