ACOPLAMIENTO DEL GENERADOR SINCRONO 3 CON LA RED DE SUMINISTRO

Viene a ser la conexión de generadores 3 con un sistema existente, para alimentar la red de suministro de energía, cuando

aumenta la demanda de energía, se ponen en funcionamiento más generadores. Sin embargo, la conexión adicional en paralelo de un

nuevo generador sólo puede realizarse una vez que cumpla las siguientes:

CONDICIONES

1) Igual tensión a la red

2) Igual frecuencia

3) Concordancia de fases o de los valores instantáneos de las tensiones

4) Igualdad de secuencia, los diagramas vectoriales deben girar en el mismo sentido

La condición 1 y 2 es obvia: para que dos grupos de voltajes sean idénticos, deben tener la misma magnitud de voltaje rms.

La condición 3 que los voltajes en las fases R y R` serán completamente idénticos en todo momento si ambas magnitudes y sus ángulos son iguales, lo que explica la condición.

Esquema de secuencia de fases.

La condición 4 asegura que la secuencia en la que el voltaje de fase llegue a su pico en los dos generadores sea la misma.

PROCEDIMIENTO GENERAL PARA CONECTAR GENERADORES EN PARALELO.

Primero utilizando voltímetros se debe ajustar la corriente de campo del generador en aproximación hasta que su voltaje en los

terminales sea igual al voltaje en línea del sistema en operación.

Segundo, la secuencia de fases del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operación.

Varios generadores pueden alimentar una carga más grande que una sola maquina.

Tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la falla de cualquiera de ellos no

causa la pérdida total de potencia en la carga

Tener varios generadores que operan en paralelo permite la remoción de uno o más de ellos para cortes de potencia y

mantenimientos preventivos

HOJA DE CONOCIMIENTOS TECNOLOGICOSTECNOLOGIA ESPECÍFICA

ACOPLAMIENTO DEL GENERADOR SINCRONO

ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

REF. HTE.72 1/4

Se utiliza un sólo generador y este opera cerca de plena carga, entonces será relativamente ineficiente. Con varias maquinas

más pequeñas trabajando en paralelo, es posible operara solo una fracción de ellas. Las que están operando lo hacen casi a plena carga

y por lo tanto de manera más eficiente.

FUNCIONAMIENTO

La tensión en los bornes del generador (V0) se mide con un voltímetro y se ajusta variando la intensidad

de excitación (Ie) hasta que aquella coincida con la tensión de la red.

La frecuencia (f) se ajusta variando la frecuencia de giro del generador. Si la puede controlar con un

frecuencímetro doble (instrumento que posee dos instrumentos de medida, uno para la red y otro para el

generador).

El orden de sucesión de las fases se controla con un indicador de campo giratorio y puede invertirse

intercambiando los terminales de las líneas.

El desfase se ajusta variando la frecuencia de giro, y puede controlarse con ayuda de una conexión a

lámpara apagada, de una conexión a lámpara encendida, de una conexión por rotación o de un

sincronoscopio.

Los circuitos de sincronización sólo se emplean actualmente para potencias pequeñas y en laboratorios.

En las centrales eléctricas de potencia se utilizan sincronoscopios para la sincronización a mano, aunque

actualmente lo más frecuente es que existen dispositivos de sincronización totalmente automáticos, que

conectan los generadores adicionales automáticamente y están situados generalmente en centrales de

carga, exteriores a la central generadora.

Circuito de Sincronización

Para cumplir con las condiciones indicadas se pueden usar, entre otros, uno de los siguientes métodos:

A) El método de las "lámparas de fase apagadas"

UU' : diferencia de potencial entre lámparas (líneas dobles), cuando las lámparas están apagadas se verifican las condiciones.

B) El método de las "luces rotantes"

Las diferencias de potencial entre lámparas (líneas dobles) varían en módulo si las velocidades de rotación son diferentes. Cuando están en sincronismo la lámpara UU' está apagada y las otras dos brillan igualmente, de no ocurrir esto se ve el encendido alternativamente en un sentido u otro como si girasen, indicando que la máquina va más lenta o más rápida. Una vez cumplida las condiciones se puede conectar la llave.

c) Instrumentos para sincronización

En un mismo tablero se ubican un voltímetro doble, un frecuencímetro doble (son en esencia dos instrumentos sobre una misma escala) y un sincronoscopio.

Este último determina diferencias de frecuencia y fase y velocidad relativa.

Existen muchas forma de comprobar esto una de ellas es conectar alternativamente un pequeño

motor de inducción a los terminales de cada uno de los dos generadores. Si el motor gira en la misma

dirección en ambas ocasiones, entonces, entonces la secuencia de fase es la misma en ambos

generadores. Si el motor gira en direcciones opuestas, entonces las secuencias de fase son diferentes y se

deben invertir dos de los conductores del generador en aproximación. [3]

Otra manera simple es el método de las tres lámparas incandesentes, en la figura 3 se muestra un

circuito de este tipo. La operación comienza arrancando la maquina por medio del motor primario

(turbina, diesel, etc) teniendo en cuenta que deben prender y apagar al mismo tiempo las tres lámparas

esto indica que existe la misma secuencia de fase, si prenden y apagan muy rápido esto es debido a que

tiene diferentes frecuencias esto se arregla subiendo la velocidad del primario motor, esto se hace

aumentando el flujo con el reóstato de campo, si prenden y apagan en desorden esto indica que no tienen

la misma frecuencia de fases esto se hace intercambiando la secuencia de fases del alternador hacia la

red. [2]

Conexión de las fases y excitatriz

Los devanados del alternador se conectan en estrella para obtener tres fases y un neutro como se muestra en la figura 4, la excitatriz se conecta a la rueda polar con el cuidado de no exceder las magnitudes nominales[1]

Para acoplar los alternadores usaremos el método de las tres lámparas apagadas este método se basa en conectar las lámparas en serie con ambas fases cuando las lámparas se encienden al mismo tiempo y lentamente esto indica que la secuencia de fases es la correcta. [1]

Acoplamiento correcto

En la figura 10 se muestra como las lámparas se apagan al mismo tiempo esto indica que existe la misma frecuencia de fases y podemos acoplar la maquina, hay que tener mucho cuidado con las tensiones de las maquinas ya que estas de ser iguales asegurar que las tensiones de fase sean las mismas tomando las tensiones de línea de cada una de las dos maquinas y teniendo cuidado de no exceder los datos nominales de placa corriente de excitación tensión, corrientes de fases. [1]

Fallas en el acoplamiento

Un error de acoplamiento es muy notorio usando este método ya que las lámparas no indican el error cometido siempre y cuando las lámparas tengas una secuencia lógica con las fases estas prenderán en diferente orden como se muestra en la figura 11

Acoplamiento con compañía de luz

El procedimiento es exactamente el mismo solo que las lámparas se conectan en serie con las fases del alternador y con las de compañía de luz en el diagrama siguiente se muestra la conexión.

Figura 12. Aspecto externo de un sincronoscopio.

Modernas instalaciones

En las modernas instalaciones se emplea unas columnas de sincronización figura 11, compuestas por un brazo saliente y giratorio del cuadro general de la central y que tiene dos voltímetros (red y generador), dos frecuencímetros (red y generador) un voltímetro de cero y un sincronoscopio de aguja. En las centrales automáticas o con telemando, el acoplamiento se hace automáticamente con la ayuda de equipos electrónicos. [1]

Figura 13. Columna de sincronización para el acoplamiento de un alternador a la red.

Operación de generadores en paralelo con grandes sistemas de potencia.

Cuando un generador síncrono se conecta a un sistema de potencia, a menudo el sistema de potencia es tan grande que ninguna de las acciones del operador del generador tendrá gran efecto en el sistema de potencia. Este fenómeno se idealiza con el concepto de bus infinito el cual es un sistema de potencia tan grande que su voltaje y frecuencia no cambian sin importar que tanta potencia real y reactiva se le demande o se le suministre. [1]

Figura 12. Generador síncrono que opera en paralelo con un bus infinito.

Cuando un generador opera en paralelo con un bus infinito tenemos que:

El sistema al que se conecta el generador controla la frecuencia y voltaje en los terminales del generador.

Los puntos de ajuste del mecanismo regulador del generador controlan la potencia real suministrada al sistema por el generador.

La corriente de campo en el generador controla la potencia reactiva suministrada al sistema por el generador.

REPARTO DE CARGA

Después de la conexión en paralelo debe realizarse una distribución de la carga, para lo cual se varían la intensidad de la

corriente de excitación (Ie) del generador y la potencia de la máquina motriz.

Si después de su conexión en paralelo se aumenta la potencia motriz del nuevo generador, éste proporcionara potencia activa

a la red de suministro de energía. Entonces el rotor se adelantara al campo giratorio que aparece en el estator del generador cargado.

El ángulo existente entre la posición del rotor y la de este campo giratorio, llamado ángulo de desfase o de deslizamiento

interno , aumenta al crecer la potencia activa suministrada.

La potencia activa suministrada por un generador síncrono se gobierna mediante la potencia motriz.

CALCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE CARGA DEL ACOPLAMIENTO DE UN GENERADOR SÍNCRONO 3 Ø CON LA RED DE SUMINISTRO

Un alternador síncrono de rotor cílindrico de 5 MVA, 11 kV, 3000 r.p.m., 50 Hz está conectado en estrella a una red de potencia infinita de 11 kV, 50 Hz. La impedancia síncrona del alternador es 0.8+5j Ω. El alternador se encuentra cediendo tanto potencia activa como reactiva a la red, siendo la intensidad 210 A con un factor de potencia de 0.85. Por necesidades de la red se pretende aumentar la cesión de reactiva en un 25%; sin embargo, el sistema de excitación falla y no es posible modificar la corriente del rotor. A pesar de este inconveniente, el alternador se sitúa en estas condiciones. Calcule para esta nueva situación: a) El ángulo de carga. b) La nueva intensidad de línea que circula por el estátor y el factor de potencia.

SECUENCIA DE FASES DEUNA RED TRIFÁSICA

EL SECUENCÍMETRO

Es un instrumento que nos indica el giro de la corriente trifásica. También se le conoce como fasímetro. Los motores trifásicos conectados en una secuencia en sus tres polos, giran en un sentido. Si se le invierte dos de ellos, cambia el sentido de giro. Este instrumento nos indicará esa secuencia de giro ya que algunos equipos podrían averiarse si se conectan en sentido inverso de rotación.

Un indicador de secuencia de fases es un instrumento que muestra el orden, la secuencia de las fases en un sistema trifásico.

En el mercado existen multitud de modelos como el de la figura, modernos equipos electrónico. Dispone de 3 conductores que se conectarán a cada una de las fases, mediante dos pilotos luminosos nos indicará una de las dos posibles secuencias, U-V-W o bien U-W-V. También puede indicar giro a derechas o a izquierdas.Nosotros construiremos una alternativa económica a estos medidores que nos darán la misma información. Conectaremos formando una estrella, un condensador y dos lámparas incasdencentes iguales.

Materiales utilizados. 

2 Lámparas incandescentes de 15 W a 230 Vac. 3 condensadores de 4 microfaradios en serie, para conseguir una capacidad de 1,33 microfaradios.  Varios trozos de cables y regletas de conexión.

Secuencia de fases U-V-W. Si la Resistencia de las lámparas es aproximadamente igual a la Reactancia de los condensadores, la  intensidad que pasará por una de las lámparas será 3 veces mayor que la intensidad que pasará por la otra lámpara, esto se apreciará por un mayor brillo.  Una de las fases la denominaremos como U y la conectaremos al condensador, los otros dos terminales que conectan las dos lámparas se conectarán a las otras dos fases, la lámpara que emite más luz estará conectada a la fase adelantada 120º con respecto a la anterior, será la fase V. La lámpara que emite menos luz estará conectada a la fase que tendrá un desfase de 120º,  retrasada con respecto a la fase U,  esta fase será la W. De esta forma averiguaremos facilmente la secuencia de las fases.

Secuencia de fases U-W-V.En este caso hemos intercambiado los cables que alimentan a las dos lámparas, observando que ahora da más luz la otra lámpara.

Tendremos en cuenta que la lámpara que dé más brillo corresponderá a la fase V, adelantada 120º con respecto a la fase en donde esté conectado el condensador. La lámpara que dé menos luz estará conectada a la fase W, que estará retrasada 120º con respecto  a la fase del condensador, la fase U.

La fase U la hemos nombrado arbitrariamente, lo que nos interesa es la secuencia de las mismas.

Aplicaciones.Son varios los casos en los que será necesario conocer la secuencia de fases:

A la hora de conectar un motor trifásico si queremos que nos gire en un determinado sentido, necesitaremos conocer la secuencia de fases previamente. Es muy fácil cambiar el sentido de giro del mismo, intercambiando dos de sus fases de alimentación. Pero a veces nos encontraremos con máquinas que no nos permitirán la prueba del sentido de giro, pudiendo estropearse si giran en sentido contrario al diseñado, por poco tiempo que giren, como ocurre con los equipos frigoríficos, el compresor trifásico podría dañarse. Averiguaremos la secuencia y conectaremos la máquina siguiendo la misma.  En los motores rebobinados tendremos en cuenta que quizás el bobinador  no ha respetado la secuencia de fases original, y la numeración de las fases no se corresponda  con la nueva distribución.

Si en una nave tenemos instaladas varias tomas trifásicas para equipos portátiles, unas tendrán una secuencia y otras la contraria.  A la hora de la puesta en marcha podremos conectarlas con la misma secuencia, para que los equipos portátiles puedan funcionar correctamente en cualquiera de ellas.

EL SINCRONOSCOPIO

El sincronoscopio es un dispostivo auxiliar, que se utiliza para conectar alternadores sincronos de c.a en paralelo, este funciona de acuerdo a los desfasamiento en angulos electricos, por el cual cuando los dos alternadores o cuando se quiere conectar un alternador al sistema estos deberan estar sincronizados o sea se encuentran en sincronia( iguales angulos) este determina que puedes accionar algun dispositivo automatico o un interruptor para que se conecten en paraleo y/o repartir la carga.(las centrales generadoras de todo el<pais, se conectan por este sistema)

ESQUEMA DE CONEXIONES DEL ACOPLAMIENTO EN PARALELO ENTRE EL GENERADOR Y RED DE SUMINISTRO.

PRECAUCIONES DE SEGURIDAD EN EL ACOPLAMIENTO DE UN GENERADOR SÍNCRONO 3Ø CON LA RED DE SUMINISTRO.

Se debe tener mucha cautela con los valores de corriente y voltaje para no dañar la maquina ya que es

posible que la línea a la que nos deseamos acoplar supero el voltaje que puede producir nuestro

alternador en este caso no se debe de acoplar ya que la maquina resentiría y reduciríamos la vida útil de

ella, las lámparas se conectan con criterio no podemos conectar la lámpara que va de la fase uno a la fase

dos teniendo en cuenta que si las lámparas no prenden adecuadamente es recomendable cambiar las

fases y no mover las lámparas, si se acopla mal la maquina actuara como motor pudiendo romper la

flecha.

Para ajustar la repartición de potencia real entre los generadores sin cambiar (frecuencia del sistema),

se deben incrementar simultáneamente los puntos de ajuste del mecanismo regulador en un generador al

mismo tiempo que se disminuyen los puntos de ajuste en el mecanismo regulador del otro generador. La

maquina cuyos puntos de ajuste del mecanismo regulador se incrementa alimentara mas carga.

Para ajustar sin cambiar la repartición de potencia total, se deben incrementar o disminuir

simultáneamente los puntos de ajuste del mecanismo regulador de los generadores.

Para ajustar la repartición de potencia reactiva entre generadores sin cambiar VT, se debe incrementar

de manera simultánea la corriente de campo de un generador a la vez que se disminuye la corriente de

campo en el otro. La maquina cuta corriente de campo se incrementa alimentara mas carga.

Para ajustar VT sin cambiar la repartición de potencia reactiva, se debe incrementar o disminuir de

manera simultánea las corrientes de campo de ambos generadores.