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Tipi fondamentali di sensori per generatori e il loro posizionamento essenziale
Sensori di temperatura motore e di pressione dell’olio: un’installazione vicino alle sorgenti di calore e di olio
I sensori di temperatura del motore e di pressione dell'olio svolgono un ruolo fondamentale nella determinazione dell'affidabilità di un gruppo elettrogeno. I sensori di temperatura devono essere installati direttamente nel flusso del liquido refrigerante e/o sulle testate del motore per monitorare la temperatura e devono essere montati a una distanza inferiore a 15 cm dalle camere di combustione. Evitare il contatto diretto con la fiamma e/o con i gas di scarico. I sensori di pressione dell'olio devono essere installati nella galleria principale del sistema di lubrificazione e in corrispondenza di zone ad alta pressione, per rilevare con precisione la pressione del sistema a monte del filtro principale. In conformità alla norma NFPA 110, entrambi i sensori devono essere termicamente isolati e montati in modo da prevenire vibrazioni quando la temperatura supera i 52 °C.
Rilevamento di tensione, frequenza e corrente per carico: posizionamento finalizzato alla misurazione dei parametri elettrici rilevanti
Al fine di evitare una deriva nelle misurazioni e una perdita di fedeltà nel sistema di controllo, il posizionamento dei sensori elettrici è fondamentale. I trasformatori di corrente avvolgono tutti e tre i conduttori della linea trifase in uscita dal generatore. Devono essere installati direttamente a valle degli avvolgimenti dello statore dell’alternatore e direttamente a monte di tutti i dispositivi di protezione. La rilevazione della tensione deve essere effettuata in modo diretto e a valle del dispositivo di protezione principale in uscita. La rilevazione della frequenza deve essere effettuata all’estremità superiore degli avvolgimenti di regolazione dell’alternatore. Ogniqualvolta possibile, prevedere almeno trenta centimetri di distanza libera per i cavi ad alta corrente, poiché in caso contrario potrebbe verificarsi un degrado del segnale di installazione competitivo fino al 2%.
Sensori di temperatura dei gas di scarico (EGT): posizionamento, precisione e compromessi tra durata e risposta termica
Il compromesso tra sensibilità termica e durata è evidente con il posizionamento del sensore EGT. I sensori EGT installati direttamente sul collettore di scarico rilevano i segnali termici più rapidamente, in circa 0,5 secondi, rispetto ai 2–3 secondi necessari quando sono installati a valle. Tuttavia, essi devono anche sopportare un intenso ciclo termico con temperature che superano i 1800 °F (~982 °C), richiedendo l’uso di leghe ad alta resistenza termica come l’Inconel, oltre al ritardo termico di 2–3 secondi. È inoltre possibile installare i sensori EGT a valle in modo da evitare sia il lungo ritardo termico sia le condizioni di ciclatura termica a valle; in tal caso, una distanza ottimale di 18–24 pollici (da posizionare cioè a circa 18–24 pollici a valle, in posizione verticale o alle 10 o alle 2, a valle della bocca di scarico e prima dei catalizzatori o dei collettori di scarico) garantisce prestazioni ottimali.
Vincoli normativi e ambientali relativi al posizionamento dei sensori del generatore
Il posizionamento dei sensori del generatore deve essere tale da renderli facilmente accessibili e da richiedere uno sforzo minimo per la manutenzione (NFPA 110 e Articolo 700 del NEC). Nel contesto delle condizioni meteorologiche e del posizionamento dei dispositivi, questi devono inoltre essere etichettati in modo semipermanente con la loro funzione e i relativi limiti di sicurezza. Devono inoltre essere garantiti coperchi con classificazione IP (protezione contro l’intrusione) di almeno IP54 per ambienti controllati e IP66 per esposizione non controllata all’ambiente esterno, al fine di proteggere i dispositivi dall’umidità e dalla polvere; una distanza di 18 pollici tra il collettore di scarico (termografia infrarossa commissionata NFPA) costituisce condizioni termiche sufficienti a evitare deformazioni e calcoli errati del sistema. Nell’ambito degli ambienti di cantiere, le sigillature non devono consentire l’ingresso di particelle di dimensioni pari o superiori a 50 micron (OSHA).
In che modo le condizioni di installazione fisica possono imporre restrizioni al posizionamento dei sensori: ostruzioni dovute a spazi di rispetto, ventilazione ed involucri.
Anche se le barriere fisiche possono imporre restrizioni al posizionamento, il posizionamento tecnico ottimale potrebbe comunque risultare impraticabile. L’installazione di un corridoio di servizio da 36 pollici nelle vicinanze di un generatore — zona sempre calda e caratterizzata da vibrazioni pericolose — può rendere impraticabile il posizionamento ottimale di un sensore. In particolare, nei percorsi di ventilazione della maggior parte delle unità raffreddate ad aria, alcuni posizionamenti ottimali potrebbero dover essere sacrificati in nome dell’accuratezza della misurazione. Travi di sostegno in acciaio cartesiane, insieme — paradossalmente — a tubazioni del carburante e a tubazioni del liquido refrigerante, eliminano di fatto numerosi possibili punti di installazione. Le interferenze elettromagnetiche, quantificate in base alla distanza, evidenziano che l’installazione di un sensore di corrente in prossimità di travi di sostegno in acciaio comporta interferenze significative. Inoltre, quando richiesto, il posizionamento di un sensore richiede notevole competenza e una giustificazione accurata, poiché si tratta di installare effettivamente un sensore, anziché seguire una pratica «teoricamente» ottimale; tale posizionamento garantisce infatti, oltre a una simmetria di stabilità termica e di manutenibilità, anche l’integrità del segnale.
Compensazione dell'integrità del segnale e dell'integrazione del sistema: responsabilità funzionale del sensore del generatore.
Proprio come il posizionamento di un sensore richiede la giustificazione dell'integrità del segnale, anche la sostituzione di un sensore del generatore richiede una giustificazione. Finché il sensore è a rischio, potrebbe essere necessario giustificare la sua sostituzione ricorrendo a un generatore, a un sensore o a un apparecchio adiacente. Un segnale potrebbe non essere ricevuto e, qualora lo fosse, potrebbe non essere eliminato. Per segnale si intende una grandezza, generalmente dinamica, che, in caso di guasto, determina il sensore del generatore. Una misura della grandezza dinamica o del guasto, basata sulle valutazioni dello standard NEMA MG-010-1921, pari a 10 mA, viene sostituita. Nel tentativo di giustificarne la rimozione, potrebbe di fatto rendersi necessario un guasto del sensore del generatore. Per evitare di giustificare inappropriatamente la sostituzione del sensore del generatore, l'integrità strutturale potrebbe richiedere la rimozione di sp
L'integrazione robusta del sistema migliora la comunicazione tra i diversi livelli di controllo. I protocolli fieldbus, come Modbus RTU e CAN bus, richiedono un'impedenza di terminazione corrispondente per ridurre le riflessioni del segnale, prevenendo la perdita di pacchetti e il jitter dei timestamp. Per i sistemi integrati con sistemi di gestione degli edifici (BMS), i test di validazione in condizioni di carico completo garantiscono che i timestamp siano tra loro entro una differenza di 10 ms. Ciò consente ai clienti di effettuare un’analisi efficace dei guasti a catena. Un’architettura di sistema chiusa e l’integrazione della correlazione e della comunicazione eliminano il 73% degli allarmi falsi, come osservato nello studio sul campo NFPA 110. Inoltre, fornisce diagnosi di coerenza operativa durante le varie fasi di funzionamento, quali avviamento, regime stazionario e transitori.
Configurazioni collaudate sul campo per il posizionamento dei sensori sui generatori, applicabili a diverse scale di impiego
Il posizionamento dei sensori del generatore è determinato più dall'importanza operativa che dalle dimensioni del sistema o dall'ambito di applicazione. Per i sistemi residenziali di potenza inferiore a 20 kW, il monitoraggio in un singolo punto è la soluzione più comune, con sensori di temperatura, pressione dell'olio e tensione posizionati in tale punto. Cavi di segnale non schermati vengono condotti all'uscita. Per i sistemi commerciali e sanitari, le norme NFPA 99 richiedono una doppia ridondanza alle interfacce critiche per la missione, al fine di isolare i guasti e preservare l'alimentazione dei sistemi di sicurezza vita. Una pratica di ridondanza viene adottata per valutare l'importanza dell'isolamento dei guasti e, ancor più importantemente, per determinare il ritardo massimo ammissibile del sistema.
Domande frequenti
Dove devono essere posizionati i sensori di temperatura del motore?
Posizionati il più vicino possibile alla camera di combustione, entro 6 pollici, per misurazioni più reattive e accurate. Evitare il contatto diretto con la fiamma o i gas di scarico.
Come si installano i sensori di pressione dell'olio?
Per misurare la pressione generata dal sistema, i sensori di pressione dell'olio devono essere avvitati nei principali canali di lubrificazione del sistema olio, prima del filtro dell'olio.
Dove vanno installati i sensori di tensione e corrente?
I sensori di tensione vanno inseriti tra l'interruttore di uscita principale e l'interruttore sul quadro di distribuzione, mentre i trasformatori di corrente vanno posizionati intorno ai cavi di fase sui terminali del gruppo elettrogeno, direttamente al di sotto dell'alternatore.
Come descrivono NFPA 110 e l'Articolo 700 del NEC l'etichettatura dei sensori?
L'utilizzo di etichette permanenti e resistenti alle intemperie, che indicano la funzione, gli intervalli di taratura e i limiti di sicurezza dei sensori, soddisfa i requisiti della NFPA e del NEC.
Come ci si può assicurare che l'integrità dei segnali dei sensori del gruppo elettrogeno sia mantenuta?
Cavi a coppia contorta con schermatura continua, collegati a terra (collegamento a terra effettuato solo sul lato di controllo) e cablaggi dei sensori separati da cavi ad alta potenza manterranno i segnali dei sensori del gruppo elettrogeno liberi da interferenze.
