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Paralelo de generadores

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La idea principal del presente trabajo es explicar la importancia que tiene la puesta en paralelo de los generadores, sus ventajas, y desventajas de los mismos, cuidados que se debe tener, adems sus aplicaciones en la industria, que protecciones debemos tomar, su principio de funcionamiento, su diseo y esquemas. La aplicacin de alternadores en paralelo es con la finalidad suministrar mayor potencia cuando se requiere una mayor demanda de carga en un sistema elctrico

Agregado: 05 de JULIO de 2011 (Por Patricio) | Palabras: 2457 | Votar! | Sin Votos | Sin comentarios | Agregar Comentario
Categoría: Apuntes y Monografas > Ciencia y tecnologa >
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    Autor: Patricio (patoduck99@hotmail.com)

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    PARALELO DE GENERADORES

    Patricio Ramn S

    Universidad Politcnica Salesiana

    Cuenca Ecuador

    Correo e: patoduck99@hotmail.com


    1.        INTRODUCCIN.

    Al igual que le ocurre a las dnamos, a veces es preciso acoplar elctricamente dos o ms alternadores. El acoplamiento de los alternadores resulta ms complejo que el de las dnamos, debido a la presencia de una nueva caracterstica, la frecuencia, cuyo valor debe ser rigurosamente igual para todos los alternadores.

     En los alternadores no se usan nunca el acoplamiento en serie por no presentar inters prctico. Adems, el funcionamiento de un acoplamiento de alternadores en serie es inestable y peligroso. Por consiguiente, slo nos referiremos al acoplamiento en paralelo en este ensayo.

    La idea principal del presente trabajo es explicar la importancia que tiene la puesta en paralelo de los generadores, sus ventajas, y desventajas de los mismos, cuidados que se debe tener, adems sus aplicaciones en la industria, que protecciones debemos tomar, su principio de funcionamiento, su diseo y esquemas.

    La aplicacin de alternadores en paralelo es con la  finalidad suministrar mayor  potencia cuando se requiere una mayor demanda de carga en un sistema elctrico. 

    2. DESARROLLO.

    Para poder llevar a cabo  el  emparalelamiento de alternadores se debe de cumplir con  las siguientes condiciones:

    1.- Los voltajes rms de lnea de los alternadores en paralelo  deben de ser iguales.

    2.- Los alternadores en paralelo  deben de  tener la misma secuencia de fase.

    3.- Los ngulos de fases de los alternadores  deben de ser iguales.

    4.- La frecuencia de los alternadores deben de ser iguales.

    Antes de llevar un estudio profundo de lo mencionado anteriormente veremos una idea de que son los generadores sncronos, y la necesidad de explorar el efecto bsico de generacin para ello recordaremos que es un generador sncrono.

    Principios bsicos de generador Sncrono.

    Los generadores sncronos se clasifican por su construccin en: campo giratorio y armadura giratoria, por su tipo de excitacin en autoexcitados y excitacin separada, y por su tipo de rotor en: polos salientes para velocidades iguales o menores de 1800rpm y polos lisos; para velocidades iguales a 3600rpm.[1]

    Los generadores sncronos autoexcitados ya no requieren de escobillas y los de excitacin separada requieren de escobillas y en lugar del conmutador utilizan anillos rosantes.

    Figura 1. Esquema en partes de mquina sncrona

    Se debe suministrarse alimentacin de c.c. al circuito de campo del rotor. Como ste est en movimiento (el rotor), es necesario adoptar construcciones especiales con el fin de suministrar energa al campo. La solucin comn es el uso de "anillos deslizantes y escobillas". Los anillos deslizantes son aros que rodean el eje de la mquina, pero aislados del mismo eje. Cada extremo (f y -f) del arrollamiento de la bobina de campo est conectado a un anillo y sobre cada anillo hace contacto una escobilla (fig. 1.7 c). Si a las escobillas se les conecta una fuente, en todo momento quedar aplicado el mismo voltaje al devanado de campo, sin importar velocidad  o posicin angular. [3]

    Figura 2. Esquema fsico y modelo del circuito de campo

    Si aadimos los devanados "b" y "c" al estator, con las separaciones adecuadas, podemos obtener una mquina trifsica. La figura 1.10 ilustra una de ellas. Cada fase debe estar separada por 120e. La expresin de voltaje inducido para "a" y "-a" es la misma. Obtengamos una expresin para "b-b" y "c-c".[6]

    Figura 3. Esquema de generador trifsico

    El por qu de la utilizacin de los generadores sncronos en paralelo

    Varios generadores pueden alimentar una carga ms grande ms 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 remocin de uno o ms de ellos para cortes de potencia y mantenimientos preventivos

    Se utiliza un solo generador y este opera cerca de plena carga, entonces ser relativamente ineficiente. Con varias maquinas ms pequeas trabajando en paralelo, es posible operara solo una fraccin de ellas. Las que estn operando lo hacen casi a plena carga y por lo tanto de manera ms eficiente.

    Las condiciones requeridas para operar en paralelo

    La figura 1muestra un generador sncrono G1 que suministrar 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 daen severamente y que la carga pierda potencia. Si los voltajes no son exactamente iguales en cada uno de los generadores que se conectan juntos, habr 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 ngulo 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 as en forma sucesiva para las fases b-b` y c-c`. Para lograr esto se deben cumplir las siguientes condiciones de puesta en paralelo:

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

    Figura 4. Generador que se conecta en paralelo con un sistema de potencia en operacin.

    Estas condiciones de puesta en paralelo requieren ciertas explicaciones. La condicin 1 es obvia: para de dos grupos de voltajes sean idnticos, deben tener la misma magnitud de voltaje rms.

    Los voltajes en las fases a y a` sern completamente idnticos en todo momento si ambas magnitudes y sus ngulos son iguales, lo que explica la condicin.

    Figura 5. Esquema de secuencia de fases

    La condicin 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 2a entonces aun cuando un par de voltajes (los de fase a) estn en fase, los otros dos pares de voltajes estarn desfasados por 120. Si se conectan los generadores de esta manera, no habr problema con la fase a, pero fluir enormes corrientes en las fases b y c, lo que daara ambas maquinas. [2]

    Procedimiento general para conectar generador en paralelo.

    Primero utilizando voltmetros se debe ajustar la corriente de campo del generador en aproximacin hasta que su voltaje en los terminales sea igual al voltaje en lnea del sistema en operacin.

    Segundo, la secuencia de fase del generador en aproximacin se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operacin.

    Existen muchas forma de comprobar esto una de ellas es conectar alternativamente un pequeo motor  de induccin a los terminales de cada uno de los dos generadores. Si el motor gira en la misma direccin 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 aproximacin. [3]

    Otra manera simple es el mtodo de las tres lmparas incandescentes, en la figura 3 se muestra un circuito de este tipo. La operacin 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 lmparas esto indica que existe la misma secuencia de fase, si prenden y apagan muy rpido 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 restato 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 de la empresa elctrica. [2]

    Figura 6. Esquema de secuencia de fases

    Conexin 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]

    Figura 7. Acoplamiento en paralelo con otro alternador.

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

    Figura 8. Mtodo de las tres lmparas

    Acoplamiento correcto

    En la figura 10 se muestra como las lmparas 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 lnea de cada una de las dos maquinas y teniendo cuidado de no exceder los datos nominales de placa corriente de excitacin tensin, corrientes de fases. [1]

    Figura 9. Las frecuencias son iguale, lmparas apagadas

    Fallas en el acoplamiento

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

    Monografias.com

    Figura 10. Las frecuencias no son iguales, lmparas encendidas

    Acoplamiento con compaa de luz (empresa elctrica).

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

    Figura 11. Aspecto externo de un sincronoscopio.

    Modernas instalaciones

    En las modernas instalaciones se emplea unas columnas de sincronizacin figura 11, compuestas por un brazo saliente y giratorio del cuadro general de la central y que tiene dos voltmetros (red y generador), dos frecuencmetros (red y generador) un voltmetro de cero y un sincronoscopio de aguja. En las centrales automticas o con telemando, el acoplamiento se hace automticamente con la ayuda de equipos electrnicos. [1]

    Figura 12. Columna de sincronizacin para el acoplamiento de un alternador a la red.

    Operacin de generadores en paralelo con grandes sistemas de potencia.

    Cuando un generador sncrono 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 tendr gran efecto en el sistema de potencia. Este fenmeno 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 13. Generador sncrono 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.

    ANLISIS DE LAS ONDAS SENOIDALES

    GENERADORES EN PARALELO

    Sincronismo de frecuencias

    Datos:

    Generador 1 = ONDA SENOIDAL 60HZ AMPLITUD 100V

    Generador 2 = ONDA SENOIDAL 59HZ AMPLITUD 100V

    60HZ color verde 59HZ color rojo

    Resultante de 1HZ (Volt 1 - Volt 2) color azul

    Color verde .

    Color rosado .

    Color azul

    ESQUEMA DE UN SISTEMA DE PUESTO EN PARALELO DE GENERADORES

    Funcionamiento en paralelo de generadores sncronos

    Diagrama esquemtico del sincronizador automtico Westinghouse

    3.  CONCLUSIONES.

    Antes de efectuar el acoplamiento en paralelo de un alternador con otro ya en servicio, es preciso estar seguros de que se cumplen las siguientes condiciones:

                  Igualdad de las frecuencias.

                  Igualdad de los valores eficaces de las f.e.m.

                  Identidad de fase de las tensiones correspondientes a las salidas conectadas a un mismo conductor de la red, es decir, igual sucesin de fases.

    En instalaciones que presentan con frecuencia grandes variaciones de carga, por ejemplo, centrales para traccin elctrica, es preferible emplear generadores con excitacin compound, sobre todo, en aquellos casos en que deba mantenerse constante o casi constante la tensin de las barras colectoras.

    La utilizacin de generadores sncronos en instalaciones que deben interconectarse a Redes de Distribucin Pblica, deber ser acordada con la empresa distribuidora de energa elctrica.

    La central deber poseer un equipo de sincronizacin, automtico o manual.

    La conexin de la central a la red de distribucin pblica deber efectuarse cuando en la operacin de sincronizacin las diferencias entre las magnitudes elctricas del generador y la red no sean superiores a las siguientes:

    • Diferencia de tensiones 8
    • Diferencia de frecuencia 0,1 Hz
    • Diferencia de fase 10

    Los puntos donde no exista equipo de sincronismo y sea posible la puesta en paralelo, entre la generacin y la Red de Distribucin Pblica, dispondrn de un enclavamiento que impida la puesta en paralelo.

    Las lmparas de sealizacin se debe conectar con criterio no podemos conectar la lmpara que va de la fase uno a la fase dos teniendo en cuenta que si las lmparas no prenden adecuadamente es recomendable cambiar las fases y no mover las lmparas, si se acopla mal la maquina actuara como motor pudiendo romper la flecha.

    Se debe tener en cuenta con los valores de corriente y voltaje para no daar la maquina ya que es posible que la lnea a la que nos deseamos acoplar supere el voltaje que puede producir nuestro alternador en este caso no se debe de acoplar ya que la maquina se resentira y reduciramos la vida til de ella.

    Para ajustar sin cambiar la reparticin de potencia total, se deben incrementar o disminuir simultneamente los puntos de ajuste del mecanismo regulador de los generadores.

    Para ajustar VT sin cambiar la reparticin de potencia reactiva, se debe incrementar o disminuir de manera simultnea las corrientes de campo de ambos generadores.

    Para ajustar la reparticin de potencia reactiva entre los generadores sin cambiar VT, se debe incrementar de manera simultnea la corriente de campo de un generador a la vez que se disminuye la corriente de campo en el otro. La maquina cuya corriente de campo se incrementa alimentara mas carga.

    4.      BIBLIOGRAFA.

    [1]Hay Williams, Enginnering Electromagnetism 5a Edicin Mc Graw Hill, Nueva York.

    [2]Stephen Chapman, Maquinas Elctricas, 4 edicion, Mac Graw Hill, Mxico.

    [3]JESUS FRAILE MORA; Mquinas Elctricas; 5 Edicin, Mac Graw Hill ,Mxico.

    [4]Alexander, Charles K Fundamentos de Circuitos Elctricos, 3a edicin Mc Graw Hill.

    [5]H.HUSBCHER, Electrotecnia Curso Elemental ,2 edicin.

    Libros adicionales:

    * Fitzgerald, Humans, Kingsley. Mquinas Elctricas

    * Kostenko, Piotrovski. Mquinas Elctricas

    Links:

    [6]www.inele.ufro/apuntes.com

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