CENTRALES ELCTRICAS 2

DOCENTE:

ING. ALBERTO BUTRN FERNANDEZ

CAPITULO 1

GENERADOR DE CA

Toda la generacin para uso industrial, comercial, etc. se realiza en CA trifsica ,

(monofsica pequeas cargas) siendo los tipos principales:

1.1 Generador Sncrono: mquina que convierte energa mecnica en energa elctrica.

Gira a velocidades definidas por la frecuencia de la red (50 a 60Hz) segn la expresin:

Requiere campo magntico de corriente continua en el rotor. Pueden ser monofsicos

o trifsicos

1.2 Caractersticas principales: Constructivas:

1.2.1 Para motores Diesel:

Generadores de polos salientes (p= 4- 28)

Geometra: D. rotor > Long. axial

RPM: 120 - 600 bajas

600 1200 media

1200 1800 alta

Posicin del eje: siempre horizontal

Potencia unitaria: 5KW 50 MW

g= 0.92 0.95

Vgen: BT 110 600V

MT 2.3 15KV

Donde:

P: # de polos

n: rpm

Excitacin: diodos rotatorios

1.2.2 Generadores para Centrales de Vapor o Gas: denominados turbogeneradores

Todas son maquinas de P=2 n =3600 (60)Hz

3000 (50) Hz

Impulsados por T.V. o T. gas a travs de cajas reductoras de engranajes +o

coaxiles

Posicin del eje: horizontal

Potencia unitaria: 100KW 1000 MW

Long. rotor >D. rotor

0.98

Vgen = (10 35) KV

Enfriamiento: A,H2O, H2

1.2.3 Generadores para Centrales Hidroelctricas : denominados hidrogeneradores

n1 > n sncrona

Modernamente son coaxiales

Maquina de polos salientes; bajas rpm

Ejm: C.H.: 5 600rpm, 60 Hz, P: 12 polos

D. > Long. Axial

Potencia unitaria: 5KW < P 700 MW

Diseados para operar a un f.d.p elevado

Enfriamiento: aire, agua forzada

g 0.97 0.986

Vgen = 10 15KV 110KV Powerformer

Existen Generadores en A.T. ( 115 kV) : denominados POWERFORMER

no requiere transformador elevador. Existen en operacin comercial

Posicin del eje: V, H, inclinada

Llevan bobinados de amortiguacin o jaula de ardilla: para mantener

estabilidad

1.3 Potencia Limite

La potencia mxima que puede entregar un generador sncrono considerando los

aspectos constructivos est dada por:

Con valores lmites de B.A entre 5 Amp/m2 , 1.65 T

Donde: d: ext (cm)

L: long. Fe ext. (cm)

n: rpm

B: induccin magneti.ca en el gap (Gauss)

A: densidad de corriente en los conductores del estator Amp/cm2

Reemplazando valores tpicos en el Fe y en Cu

Si n=cte

Limitaciones constructivas por resistencia mecnica de los materiales

d: det. por la velocidad perifrica mxima: Vmax, velocidad tangencial

L: longkitud determinada por velocidad crtica, long. eje

Si definimos a

Si: nmax: vel. embalamiento

n: vel. Nominal de rotacin

[

]

Si: Vmax=168 m/s y Lmax4 m por enfriamiento

Familia de hiprbolas equilteras con los dominios A y B

1.4 Velocidad de Embalamiento: es la max velociodad de rotacin cuando el torque

motriz en la turbina se reduce a cero esta determina por la relacin K

K = 1.8 1.9 Pelton

K = 2 2.2 Francis

K = 2.5 2.8 Kaplan

Determina la potencia mxima que puede entregar el generador

1.5 El Generador de Induccin:

Es la mquina de induccin operada como generador. Si a un motor de induccin se le

impulsa con una maquina prima a una n>nsin se invierte la direccin de un par

inducido.

Uso: en P.C.H con P 5MVA

Ventaja: menor costo que una maquina sncrona de potencia equivalente. Requiere

fuente de potencia reactiva.

En aplicaciones PCH: se usa un motor de induccin y una bomba centrifuga como turbina

< >

Cuando

Cuando

Requiere excitacin

adicional

CAPITULO 2

LA EXCITACIN DE LOS GENERADORES

SINCRONOS

Rol de la excitacin:

La excitacin requiere de una I DC variable y sirve para mantener en un valor controlado la

tensin en bornes del generador.

Debe poder modificar su valor ante las variaciones de carga.

Constituida por todos los sistemas para suministrar la energa al rotor.

Velocidad de respuesta:

Calidad del sistema excitatriz expresada en voltios/reg

Sistemas de excitacin: Rotricos

1. Excitacin comn para varios generadores:

En desuso. Inestable para bajos valores de E

- No reg. Fina

- Prdidas en restatos

2. Excitacin por generador shunt coaxial con regulacin por restatos de campo de la

excitatriz y del alternador

En C. Trmicas, hidrulicas

- Prdida en restatos

- Baja respuesta

3. Excitacin por grupo coaxial con el alternador excitado por otra excitatriz auxiliar

(excitatriz con excitacin independiente)

Empleado en alternadores, se obtiene una mayor amplitud de regulacin

Excitatrices Estticas:

1. Excitatriz esttica shunt: toman energa del generador a travs de transformador de

potencia .

2. Excitatriz por Diodos Rotatorios: Este sistema elimina los anillos rozantes. Se emplea

desde pequeos grupos hasta unidades de 5MW.

Parte Rotrica: tiene un bobinado donde se induce C.A por el campo estatrico

alimentando con DC.

Esta tensin AC se rectifica y se inyecta al inductor del rotor de la maquina principal

Ver pags 12,13 , 19

Caractersticas de un Regulador:

Grafica que muestra la relacin entre las posiciones del regulador y la V regulada.

Se denomina:

Asttica: cuando la V consigna ( tensin en bornes del generador) es cte para todo el

campo de carga

Esttica: valor V consigna disminuye conforme el regulador se desplaza en el sentido de

apertura (incremento de iex).

Los alternadores tienen estatismo permanente.

A: rango de p. del regulador

(0-4): posiciones de trabajo del regulador

Insensibilidad: el regulador no opera hasta que la diferencia entre Vregulada y V consigna

alcanza un valor mnimo

: insensibilidad en %

: Inexactitud total %

u = estatismo =

CAPITULO 3

OPERACIN EN PARALELO DE

ALTERNADORES

La operacin de generadores de CA en serie esta descartada por la inestabilidad en

el control de laexcitacin 2 mas generadores .

La operacin conjunta de alternadores es en paralelo.

3.1 Marcha en paralelo en vacio de dos alternadores iguales.

En esta condicin se da un flujo de potencia activa entre los , dos generadores

denominado potencia sincronizante.

Apreciemos el diagrama fasorial de las tensiones de fase de los 2 grupos :

Supongamos que por desigualdad de reguladores de velocidad E1 adelanta a E2 en

Resultante de E1 y E2 E3 origina:

Por ser R

| | | |

Alternador 1: entrega

Alternador 2: absorbe

Ia potencia sincronizante Potencia sincronizante

Pero:

Condiciones para el Acoplamiento de Alternadores:

1. Igual magnitud de tensin

2. Igual frecuencia

3. Igual secuencia de fases

4. Desfase nulo entre tensiones homlogas

Maniobra de Acoplamiento:

1. Actuar sobre el regulador de velocidad de la mquina a acoplar para igualar

frecuencias mediante frecuencmetros dobles.

2. Actuar en excitatriz para igualar tensiones

3. Verificar que las tensiones de ambas mquinas tengan la misma secuencia de

fases

4. Cierre del interruptor del generador que se pone en paralelo cuando ambas

sinusoides tengan : desfase nulo entre si .

METODOS DE PUIESTA EN PARALELO

Mtodo de la Lmpara Apagada:

Cuando las frecuencias sean iguales y la diferencia de fase sea nula la lmpara se apaga, y

cuando sea mxima la lmpara se prender.

Mtodo de la Lmpara Prendida:

Cuando las tensiones estn en fase la lmpara prende recibiendo 2 V sec de los TC .

Este mtodo se empleaba en operacin manual de puesta en paralelo de pequeas

centrales .

Mtodo con Sincronoscopio:

Instrumento que mide el ngulo de desfase; f, todas las dems cen. Existen automticos.

Ver figuras 25,27,28,29