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INFORME V: CONEXIÓN GENERADORES EN PARALELO Blanco Camargo Larry Breygner, [email protected] Cód.: 1094283216 Docente: Jairo Gómez Tapias Laboratorio de Maquinas II

PALABRAS CLAVE: Generador, alternador, paralelo, rotor, generador, conexiones, síncronos. RESUMEN: El siguiente documento indica las condiciones posteriores y aquellas que se deben tomar en cuenta en el proceso de emparalelamiento de alternadores, así como los métodos e instrumentos usados para llevar a cabo este proceso.

I.

INTRODUCCIÓN

Una parte importante del estudio de los generadores síncronos la constituye la operación en paralelo; en la mayoría de los sistemas eléctricos de potencia, los generadores no operan de forma aislada alimentando a una carga , más bien, operan interconectados a través de una red eléctrica, para alimentar cargas localizadas geográfica y eléctricamente en puntos diversos del sistema. En las centrales eléctricas es condición normal, que se tenga más de una unidad generadora operando en paralelo, y para lograr esto, es necesario que se satisfagan tres condiciones en el momento de la conexión: - Debe existir igualdad de voltajes. - Debe existir igualdad de frecuencias. - Debe haber coincidencia de fases. De lo anterior, también se puede decir que, para acoplar una unidad generadora al resto del sistema se debe cumplir las mismas condiciones. La condición de fases se dice también que, es una igualdad en el sentido de rotación, esto se puede verificar en la actualidad con aparatos que permitan la conexión en paralelo o sincronización en forma automática. El procedimiento consiste en individualizar el sentido cilíndrico de las sucesiones de las fases. En los alternadores no se usan nunca el acoplamiento en serie por no presentar interés práctico. Además, el funcionamiento de un acoplamiento de alternadores en serie es inestable y peligroso, La aplicación de alternadores en paralelo es con la finalidad suministrar mayor potencia cuando se requiere una mayor demanda de carga en un sistema eléctrico.

3. MARCO TEORICO 3.1. Que es un generador Síncrono? El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica. Su principio de funcionamiento consiste en la excitación de flujo en el rotor. El generador síncrono está compuesto principalmente de un rotor y de un estator. El rotor gira recibiendo un torque externo. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente continua" de excitación independiente variable que genera un flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo magnético giratorio (por el teorema de Ferraris) que genera un sistema trifásico de fuerzas electromotrices en los devanados estatóricos. 3.2 Principio Básico de un generador síncrono. Los generadores síncronos se clasifican por su construcción en: campo giratorio y armadura giratoria, por su tipo de excitación en autoexcitados y excitación separada, y por su tipo de rotor en polos salientes para velocidades iguales o menores de 1800 rpm y polos lisos para velocidades iguales a 3600 rpm. [2] Los generadores síncronos autoexcitados ya no requieren de escobillas y los de excitación separada requieren de escobillas y en lugar del conmutador utilizan anillos rosantes

2. OBJETIVOS      

Conocer el procedimiento de como conectar Generadores síncronos en paralelo. Conocer las técnicas de sincronía entre generadores. Conocer las ventajas y desventajas de utilizar los generadores síncronos en paralelo Precauciones que se debe tomar al momento de utilizar los generadores síncronos en paralelo. Aplicaciones en la Industria Conocer su principio de funcionamiento

Fig. 1. Partes de una Maquina Síncrona

4. Por qué la importancia de conectar generadores en paralelo 

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

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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. Si se utiliza un solo generador y éste no opera cerca de plena carga, entonces será relativamente ineficiente. Con varias máquinas más pequeñas que trabajan en paralelo es posible operar sólo una fracción de ellas. Las que operan lo hacen casi a plena carga y por lo tanto de manera más eficiente

• Deben de ser iguales los voltajes de línea rms. • Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase. • Los ángulos de fase de las dos fases deben de ser iguales. • La frecuencia del generador nuevo, llamado generador en aproximación, debe ser un poco mayor que la frecuencia del sistema en operación.

5. p rocedimiento para conectar los generadores sincronos en paralelo  Poner en funcionamiento el generador a conectar En este punto se pone en funcionamiento el generador que se desea colocar en paralelo esto conlleva a llevarlo a su veloci- dad síncrona (igualando de esta manera f1=f2) e igualando el valor de sus voltajes, otra condición es la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operación. Para asegurarnos de cumplir estas condiciones y de las expuestas en puntos anteriores se indican algunos métodos a continuación  Secuencia de fases Otra condición es la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operación. Para asegurarnos de cumplir esta condición y de las expuestas en puntos anteriores se indican algunos métodos a continuación  Sincronización de los generadores Este punto es el de mayor importancia cuanto se trata de generadores en paralelo, es por eso que se antes de poner en funcionamiento los dos o más generadores debemos hacer algunas pruebas para asegurarnos de su correcta sincronía.

Figure 2. Generador que se conecta en paralelo con un sistema de potencia en operación

Estas condiciones de puesta en paralelo requieren ciertas explicaciones. La condición 1 es obvia: para de dos grupos de voltajes sean idénticos, deben tener la misma magnitud de voltaje rms. Los voltajes en las fases a y a‘serán completa- mente idénticos en todo momento si ambas magnitudes y sus ángulos son iguales, lo que explica la condición de la figura3

6. Condiciones para trabajar con generadres

sincronos en paralelo. La figura 2muestra un generador síncrono G1 que sumin- istrar potencia a una carga con otro generador G2 a punto de conectarse en paralelo con G1 por medio del cierre del interruptor S1. Si el interruptor se cierra de manera arbitraria en cualquier momento, es posible que los generadores se dañen severamente y que la carga pierda potencia. Si los voltajes no son exactamente iguales en cada uno de los generadores que se conectan juntos, habrá un flujo de corriente muy grande cuando se cierre el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ángulo de fase que el conductor al que se conectara. En otras palabras, el voltaje de fase a debe ser exactamente igual al voltaje en la fase a" y así en forma sucesiva para las fases b-b‘ y c-c‘. Para lograr esto se deben cumplir las i i t di i d t l l

Figure 3. Esquema de secuencia de fases

La condición 2 asegura que la secuencia en la que el voltaje de fase llegue a su pico en los dos generadores sea la misma. Si la secuencia de fase es diferente en la figura 2 entonces aun cuando un par de voltajes (los de fase a) estén en fase, los otros dos pares de voltajes estarán desfasados por 120º. Si se conectan los generadores de esta manera, no habrá problema con la fase a, pero fluirá enormes corrientes en las fases b y c, lo que dañara ambas máquinas. [7]

7. Condiciones para sincronizar generadores. IV-B1. Voltaje: La primera condición significa que la tensión de la máquina entrante debe ser exactamente igual a la tensión de la línea. Si la tensión final de la máquina entrante es mayor o

menor que la tensión de la línea, resulta una onda instantáneageneradores que alimentan la línea. Los voltajes en bornes de corriente de la conexión de la nueva máquina, que origina de cada generador deben coincidir con la barra de carga, es decir los valores de voltaje eficaz deben concordar y subsecuentemente una corriente circulante por el arrollamiento de la armadura de la máquina, las barras colectoras, y los otrosexistir concordancia de fases. En la figura4, se aprecia que los voltajes Va, VG1a y VG2a deben coincidir en igual valor para que S1 cierre, una diferencia entre VG1a y VG2a produce la motorización del generador que tenga menor voltaje y de igual manera para el resto de fases.

Figura 4. Comparacion de voltajes con la red

Tension de Fase.: La segunda condición, ambas tensiones en fase, significa que en el momento de la conexión la tensión final de la máquina entrante y la tensión de la línea deben actuar en oposición entre sí en el circuito cerrado que consiste de la máquina entrante, las barras colectoras, y los otros generadores. Si ambas tensiones no están en fase en el momento de la conexión, la diferencia de tensión resultante produce una onda de corriente instantánea, que en el caso de grandes desplazamientos angulares, puede dañar los arrollamientos de la máquina.

Figura 5. Sincronización de un generador monofásico con la barra infinita, por medio de lámparas

La condición en fase entre la tensión de la línea y la tensión de la máquina entrante y también la tercera condición de frecuencias iguales puede determinarse por medio de lámparas. La figura 5, muestra el arreglo de las lámparas para una máquina entrante monofásica el interruptor S de doble polo está unido por dos lámparas L.

Frecuencia: La tercera condición, la frecuencia de ambas tensiones deben ser las mismas, significa que en el momento de la conexión la frecuencia del generador a acoplar y las frecuencias en las barras deber ser iguales. Si las tensiones son iguales y en fase las lámparas permanecen apagadas. No obstante, si las tensiones son iguales pero la frecuencia de la línea y la frecuencia de la máquina entrante no son las mismas, las lámparas permanecen apagadas por un tiempo corto únicamente, se encienden después y Vuelven a apagarse de nuevo. El encendido de las lámparas ocurre en una secuencia periódica, y la frecuencia de fluctuación es una indicación de la diferencia en la frecuencia entre la máquina entrante y la línea. Igualdad de secuencia de fase: La cuarta condición, significa que en el momento de la conexión la igualdad de secuencia de fase, los diagramas vectoriales deben girar en el mismo sentido. La figura 6 , muestra una secuencia de fases incorrecta, ante este caso las lámparas tendrán un brillo diferente cada una debido a la inversión de fases. Para corregir esto, basta con sólo intercambiar dos de las fases del generador entrante para que la secuencia sea correcta.

Figura 8. Generadores con desigualdad de fases

Figura 6. Desigualdad de secuencia de fases, las lámparas no brillan simultáneamente

Figura 9. Fases sincronizadas, secuencia de fases incorrecta

Tecnicas de Sincronizacion

Figura 7. Generadores de igual número de fases Las fases sincronizadas hacen referencia a la secuencia de fases de los generadores. Al aproximar dos máquinas en paralelo con incorrecta secuencia de fases de la figura 9, provoca el incremento muy elevado de la corriente, causando daños en el alternador.

Existen algunas tecnicas de sincronizacion para el funcionamiento de generadores en paralelo, este obliga a cumplir con ciertas exigencias, para ello se tienen varios métodos o procedimientos, se citaran los mas mportantes a continuacion: Estrategias para variar la frecuencia. : Lograr una frecuencia deseada significa suministrar al generador una velocidad adecuada, esto se consigue gracias al control de la velocidad en el motor. En generadores a gas, diesel u otro tipo de combustible, el gobernador es el sistema mecánico que regula el acceso de combustible hacia el motor para lograr controlar sus revoluciones de una manera automática. [3]

Para una máquina trifásica, se conectan tres lámparas a un Sistemas de control de voltaje.: Mediante el uso de interruptor de tres polos en la misma forma que para la voltímetros y transformadores de potencia que monitorean las líneas de generación de la figura 10a, se envía señales de control máquina monofásica. Se dispone de instrumentos conocidos como sin cronoscopios, medidores de frecuencia y voltaje, para ajustar la corriente de campo del generador por medio del regulador automático de voltaje (AVR) y de esta manera regular el para una indicación precisa de sincronismo. voltaje que se genera, dando robustez al sistema.[3]

8. Características de frecuencia-potencia y voltaje potencia reactiva de un generador síncrono

Figura 10. Tipo de censado de voltaje

Método de sincronización por medio de lámparas: Existen varios métodos para sincronizar generadores. El méto- do de sincronización por medio de lámparas no es un método moderno pero si eficaz, es por esto que se siguen utilizando.

Figura 12. Sincronización de generador trifásico con la barra infinita, por medio de lámparas

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Todos los generadores son accionados por un motor primario, que es la fuente de potencia mecánica del generador.

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El más común del motor primario es la turbina de vapor, pero hay otros tipos, que incluyen los motores de diésel, las turbinas de gas, las turbinas hidráulicas e incluso las turbinas de viento.

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Sin importar la fuente original de potencia, todos los motores primarios tienden a comportarse de manera similar; a medida que la potencia que se toma de ellos se incrementa, la velocidad a la que giran disminuye.

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Por lo general, este decremento de velocidad es no lineal, pero se incluye algún tipo de mecanismo regulador para que la disminución de la velocidad sea lineal con el incremento de la demanda de potencia.

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Cualquiera que sea el mecanismo regulador presente en el motor primario, siempre se ajusta para suministrar una característica de caída suave con el incremento en la carga.

La potencia reactiva q

Figura 11. Método de sincronización por medio de lámparas

La energía reactiva no es una potencia (energía) realmente consumida en la instalación, ya que no produce trabajo útil debido que su valor medio es nulo. Es necesario para crear campos magnéticos y eléctricos en dichos componentes y se mide en voltamperios reactivos. La energía fluye del generador hacia la carga, donde queda almacenada en forma de campo magnético (inductancias) o de campo eléctrico (condensadores). En el medio ciclo restante, la energía previamente almacenada es devuelta al generador, por lo tanto, la potencia reactiva proviene de una energía que va y viene del generador hacia la carga y viceversa y cuyo valor medio es nulo. En el medio periodo en el que una inductancia está recibiendo energía desde el generador, un condensador está devolviendo al generador la energía

La potencia real p

Representa la capacidad de una instalación eléctrica para transformar la energía eléctrica en trabajo útil mecánica (movimiento o fuerza), esta potencia es la realmente consumida en una instalación eléctrica y se mide en vatios (W). La suma de estas potencias activas a lo largo del tiempo es la energía activa (kWh). El comportamiento frente a la potencia reactiva de las inductancias y de los condensadores es diferente. En el medio periodo en el que una inductancia está recibiendo energía desde el generador, un condensador está devolviendo al generador la energía que había almacenado previamente y viceversa.

PORQUE USARSE ? V ENTAJAS , D ESVENTAJAS Y PROBLEMAS QUE SE OBTIENEN. Porque se deben utilizar los generadores sincronos en paralelelo: 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 perdida tola 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. Se utiliza un solo 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. Ventaja de las operacion de generadores sincronos en paralelo Existen varias ventajas en la subdivisión de un sistema de generación, tanto desde el punto de vista económico como estratégico. Las principales ventajas de un sistema en paralelo son:  Varios generadores pueden suministrar más carga que una sola máquina.  Al tener muchos generadores se incrementa la confiabili- dad del sistema puesto que la falla de cualquiera de ellos no causa la pérdida total de la carga.  Al tener varios generadores operando en paralelo es posi- ble retirar uno o varios de ellos para realizar reparaciones o mantenimiento preventivo.  Varios generadores que funcionen en paralelo pueden ponerse en servicio o quitarse según la fluctuación de la demanda.  Si se utiliza un solo generador y éste no se encuen- tra operando cerca de plena carga, será relativamente ineficiente. Sin embargo, al emplear varias máquinas pequeñas es posible

operan lo hacen a cargas cerca de la plena carga y, por lo tanto con más eficiencia. La sincronización de un generador síncrono significa conectar el generador a una línea existente que tiene una tensión final V, de tal manera que no tenga lugar a una corriente transitoria de conexión. Para evitar una corriente transitoria deben satisfacerse las siguientes condiciones:  La tensión final de la máquina entrante debe ser igual a la tensión V de la línea.  

Ambas tensiones deben estar en fase. La frecuencia de ambas tensiones debe ser la misma. Igualdad de secuencia de fase. (Máquina trifásica).

Desventaja de la operacion de generadores sincronos en paralelo Los generadores sincronos poseen la desventaja de que necesitan un circuito extra que le brinde la excitación al generador para poder arrancar, lo que supone más cantidad y complejidad del equipo. Si se acopla mal la máquina actuará como motor

1. 2. 3. 4. 5. 6.

CONCLUSIONES Antes de conectar los generador en paralelo recordar siempre y asegurarse de los siguientes puntos. Se acelera la máquina al número de r.p.m. nominales igualando frecuencia1 con frecuencia 2. Se regula la excitación hasta que la tensión de bornes sea igual a la tensión de línea. Se realiza la sincronización. Se activa el interruptor para unirla a la barra infinita Según las necesidades de potencia se aumenta la velocidad o se aumenta la excitación.

7 UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERIAS, TECNOLOGIA EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ELECTROMECANICO....