OPERACION EN PARALELO DE GENERADORES DIESEL

OPERACION EN PARALELO DE GENERADORES DIESEL.Para obtener una operacin en paralelo satisfactoria entre generadores de C. A., se deben satisfacer ciertos requerimientos relativos al gobernador de velocidad de la maquina Diesel y el regulador automtico de voltaje. Tambin es necesario que el personal de operacin tenga un conocimiento claro de la significacin de los trminos ACTIVO y REACTIVO de-la fuerza, as como conocimiento de los dispositivos que controlan la reparticin de las cargas correspondientes entre los alternadores.

Para muchos electricistas especialmente los que son nuevos en el oficio, o para aquellos que solamente han trabajado en buques equipados con corriente directa estos trminos con frecuencia les provocan algunas dificultades, y este artculo se escribe con la esperanza de intentar proporcionar informacin sobre estos problemas.

La propia sincronizacin y la conexin a las barras colectoras, normalmente dan pocas molestias siempre que los instrumentos, gobernadores de la maquina Diesel y el alambrado elctrico asociado, estn en buenas condiciones de operacin.

Sin embargo, si el gobernador Diesel por ejemplo esta funcionando incorrectamente haciendo, por lo tanto, que flucte la frecuencia, no ser nada fcil sincronizar la maquina, aunque eso deba intentarse. Sincronizar en condiciones incorrectas, como les ha sucedido a muchos electricistas, puede causar un apagn con todas las dificultades inevitables que siguen a esta etapa. Cuando se sincroniza en condiciones apreciables fuera de fase, se inducirn altos voltajes en los devanados del campo principal, lo que en ciertas condiciones puede dar por resultado descompostura (por pinchazo) del rectificador principal.REPARTICIN DE LA CARGA ACTIVA (KW) Cuando los alternadores se han sincronizado y conectado a las barras de distribucin, se habrn unido trabndose elctricamente. Esto significa que el voltaje y la velocidad (o-frecuencia) son idnticos para todos los generadores conectados en paralelo.

Un incremento del suministro de combustible a uno de los generadores (maquinas), por lo tanto, no causara un incremento en la velocidad o frecuencia del alternador asociado en relacin con los otros. El resultado de un incremento de combustible suministrado a una maquina, es causar que esta tome una parte mayor de la carga activa total, al mismo tiempo causando un ligero incremento de frecuencia, que se mide en las barras colectoras.

Despus de poner en paralelo los alternadores, se reparte la carga kW entre las mquinas por la operacin correcta del interruptor de control del gobernador de la maquina, localizado en el tablero de instrumentos principal.Despus de haber ajustado la reparticin de carga, como se describe arriba, cualesquiera cambios subsecuentes en la carga, se repartirn automticamente entre los alternadores que corren en paralelo, suponiendo un ajuste correcto de los gobernadores de las mquinas.

Esta reparticin automtica de la carga la da la caracterstica de declive del gobernador de la maquina, que disminuir la velocidad en un 4% entre sin carga y a plena carga. Por ejemplo: si la frecuencia es 62 Hz, sin carga, la frecuencia a plena carga corresponder a cerca de 59.5 Hz.Si la cada de sin carga a plena carga es igual para todas las maquinas, la carga se repartir igualmente entre ellas despus de la sincronizacin y el ajuste correcto de los controles. (Vea la Fig. 1). Sin embargo, la cada de velocidad es desigual para diferentes mquinas,1a reparticin de la carga tambin ser desigual (Figura 2),Con objeto de averiguar si la cada de velocidad es correcta, se puede emplear el siguiente procedimiento:Suponemos que un juego de alternador este corriendo y le llamaremos a este el Juego N1. Adems, suponemos que este juego este corriendo casi completamente cargado y que la frecuencia es de 61 Hz, y queremos ahora verificar la cada de velocidad sin carga a plena carga de otro juego de maquina N 2 que, por lo tanto, se arranca y se sincroniza con las barras colectoras.

La sincronizacin se ha llevado al cabo usando el gobernador de velocidad de la maquina en el juego N 2, ajustado solamente para que la frecuencia en las barras colectoras todava sea 61 Hz, y el medidor kW para la maquina N 2 este indicando casi cero de carga. La carga del N 1 se transfiere ahora al juego N 2, reduciendo el suministro de combustible a la mquina N 1. Cuando el medidor de kW del generador N1 muestra cero, la carga se ha transferido completamente al juego -N 2, y ahora verificamos la frecuencia en las barras colectoras. Este deber ser de 58.5 Hz o sea 4% abajo de1 valor original. De la misma manera se pueden verificar los otros juegos Diesel. Si la cada de velocidad es desigual entre varias maquinas, los ajustes necesarios en los gobernadores de velocidad debern, por supuesto, ejecutarse.

Otro punto que vale la pena mencionar en relacin con el gobernador, es la amortiguacin. Si esta es muy dbil, hay el peligro de variaciones, debido a la regulacin excesiva del gobernador para corregir los cambios de velocidad debidos a fluctuaciones repentinas de carga y su magnitud. Variaciones, es decir, la inestabilidad de los gobernadores puede finalmente conducir a un apagn en el barco. Los contragolpes o el movimiento muerto, pueden por desgaste de los gobernadores y mecanismos de transferencia conducir al mismo resultado.

REPARTICIN DE CARGA DE UNA CARGA REACTIVA (KVAR).Es bien sabido que en los suministros principales de C. A. la carga no es una carga pura (kW), sino una mezcla de esta y de una carga reactiva (kVAr).

La carga activa que se mide en kW es la fuerza desarrollada por la maquina Diesel, y al entregarse a motores, calentadores y lmparas, se convierte adems en torque, calor y luz.La carga reactiva (con frecuencia llamada sin watt), que se mide en kVAr, consiste de las fuerzas magnetizadoras en los motores, transformadores, etc. La magnitud de la fuerza reactiva no influye en la carga activa, lo que significa que las Diesel no se afectan por la alta magnitud de la fuerza reactiva.Para el generador, sin embargo, esta carga es muy importante, ya que la carga total vindola desde el generador es el vector de suma de los componentes tanto activo como reactivo (fig. 3).La carga total tambin se le llama fuerza aparente y se mide KVA.

La carga reactiva debe distribuirse casi igualmente entre los generadores, y esta reparticin la controla el regulador automtico de voltaje. Sabemos que, cuando los generadores estn operando separadamente, sus voltajes se pueden variar un poco por medio del restato de ajuste en el tablero de control.Lo que en realidad sucede es que la corriente magnetizante para la armadura del generador se incrementa o disminuye, lo que causa una alteracin correspondiente en el voltaje del generador.

Cualquier intento de llevar al cabo el mismo procedimiento en generadores que corran en paralelo, no causara ningn cambio en el voltaje del generador asociado, ya que ambas maquinas estn conectadas a las barras colectoras de distribucin principal y, por supuesto, producirn iguales voltajes. El nico resultado de este intento es alterar el factor de potencia del generador en particular, es decir, su parte de la carga reactiva total junto con un incremento o disminucin mnimos del voltaje de las barras colectoras.Por lo tanto, cuando los generadores estn corriendo en paralelo, la reparticin de carga reactiva se puede ajustar por medio del restato afinador que es parte del equipo del regulador de voltaje automtico.Un incremento subsecuente en la carga reactiva, ahora ser automtica e igualmente repartida entre los generadores. Esto se obtiene por circuitos elctricos, que causan que el voltaje de los generadores disminuya con un incremento de la carga reactiva.Tomara demasiado tiempo aqu analizar en detalle cmo se obtiene esta reduccin; pero esperamos que un estudio de los manuales de instrucciones y diagramas, los que -esperamos- todava tengan disponibles abordo, aclaren esto.

En el caso de generadores regulados con transductores; sin embargo, la operacin es la principal, como sigue:

La corriente magnetizadora al devanado del campo principal se controla con la corriente del circuito regulador, entre mas alta la corriente del regulador, mas baja ser" la corriente -magnetizadora. Un resistor estabilizador esta" conectado en serie con el circuito regulador. Una corriente reguladora causa una calda de voltaje a traes del resistor. En una de las fases principales esta montado un transformador de corriente, cuyo secundario esta" conectado al resistor estabilizador de tal manera, que un incremento de carga reactiva en el generador, reduce la cada de voltaje a travs del resistor estabilizador. Una reduccin en la cada de voltaje incremental la corriente reguladora, la que a su vez, disminuir la corriente magnetizadora al campo principal del generador, y de esta manera se logra el fin deseado, o sea, una elevacin de la carga reactiva va acompaada por una disminucin del voltaje del generador.

El resistor estabilizador es ajustable y moviendo el contacto deslizable en una u otra formas, el efecto estabilizador (o cada de voltaje) se puede incrementar o disminuir. La calda de voltaje (estabilizacin) necesaria variara de una instalaci6n a otra, pero para reguladores equipados con referencia Zener, la cada de voltaje deber ser de 0.5 - 1%, ya sea sin carga o a plena carga de operacin con un factor de potencia-(cos de phi) = 0.8. Para reguladores con referencia de solenoide, es usual una estabilizaci6n de 1 a 2%.Los reguladores con referencia de solenoide son todava mas dependientes de la frecuencia, y esto causara una disminucin de voltaje en proporcin con la calda de la velocidad de la mquina, al aplicar carga activa.Los generadores con excitadores giratorios y equipados con reguladores automticos de voltaje de acci6n rpida Brown Boveri, tambin se estabilizan con carga reactiva. El principio de estabilizacin es similar al de los reguladores normales de transductor.

La importancia atribuida a que las caractersticas de los gobernadores de velocidad de la maquina sean idnticas, para obtener igual distribucin de la carga activa, se aplica tambin a las caractersticas de cada de los reguladores automticos de voltaje que sean similares, para asegurar la reparticin igual de la carga reactiva.

Los reguladores se ajustaran correctamente durante la instalacin por nuestro ingeniero de servicio; pero mas tarde las reparaciones, etc., pueden consistir en alteraciones que pueden necesitar reajuste del equipo.

FACTOR DE POTENCIA Y DISTRIBUCIN DE LA CARGACuando un generador de C.A. funciona solo, el factor de potencia viene determinado por la carga, y la alteracin de la excitacin cambia simplemente la carga y la tensin. Las variaciones de velocidad del grupo tendrn resultados muy similares, a excepcin de ligeras variaciones debidas a fluctuaciones de la frecuencia.

Por otra parte, con generadores de C.A. en paralelo, a la vez que no puede alterarse el factor de potencia de la carga, si se puede variar el de cada uno de los generadores. En los grandes sistemas de armazn usados en tierra, la frecuencia es la de un sistema que es enormemente grande comparado con la de cada generador, y la cantidad de carga que sostiene cada uno de ellos queda determinado por la posicin del regulador. En las instalaciones pequeas, como las de los barcos, en las que, por ejemplo, es posible que solo funcionen dos grupos, la frecuencia depender no slo de los reguladores (y en cierto grado de la carga total en relacin con la capacidad total del generador), sino tambin de la distribucin proporcionada de la carga.Suponiendo que las mquinas son aproximadamente iguales en

sus caractersticas y que cada una de ellas lleva su carga correspondiente, dentro de ciertos lmites el efecto de la alteracin de la excitacin de uno de ellos es principalmente el de modificar el factor de potencia individual de cada generador, La alteracin de la distribucin de carga activa (o sea los kW) slo se puede llevar a cabo con los aceleradores y con los reguladores. Por eso es tan importante que hagan juego las caractersticas de los reguladores en la C.A. Conviene recordar por ello que:(a) La carga en kW se corrige mediante el ajuste de vlvulas de mariposa o combustible.(b) El factor de potencia (y los voltamperios reactivos o kVAr) se controla por excitacin.Los kilovoltamperios reactivos (o kVAr) representan corriente devatiada y debern ser repartidos equitativamente entre los generadores.

Los generadores se mantienen en sincronismo gracias al intercambio de una corriente de sincronizacin entre las mquinas.

Un factor importante en la distribucin de la carga, que se aplica no solo a las mquinas de C.A., sino incluso a las de C.C., es que para la estabilidad es esencial una caracterstica descendente. Por ejemplo, si una mquina tiene una caracterstica ascendente de manera que los voltios aumenten con la carga, tender a adquirir cada vez mas carga, lo que se traducir en inestabilidad. En el caso de generadores de C.C. con devanado compound la estabilidad queda asegurada por la conexin del hilo de equilibrio. El mismo principio se aplica un motor; es decir, que si la velocidad aumentase con la carga, se acelerara cada vez ms al aplicarle cargas cada vez mayores, lo que llevara a un aumento indefinido de la carga y, por lo tanto a la inestabilidad. Ya se ha demostrado en qu forma la carga de un generador de C.A. depende de la regulacin, y por eso la caracterstica normal descendente velocidad/carga de las mquinas motrices es un factor vital para el funcionamiento estable en paralelo. Si hay alguna tendencia al aumento de la carga de una mquina, tender esta a reducir su velocidad, cediendo parte de su carga, que a su vez es recogida por las dems. stas reaccionarn de forma similar, hasta que se alcance un estado de equilibrio.

Tambin hay que mantener la estabilidad en el sentido elctrico. Como ya se ha dicho en otro lugar, los alternadores clsicos tienen una caracterstica de tensin descendente y cuando estn regulados a mano son inherentemente estables. Cuando se encuentran bajo el control automtico de tensin, que mantiene virtualmente constante la tensin, sin embargo, llegara a producirse inestabilidad a menos que se incluyan medios para mantener una divisin estable de la carga de kvars. Hay varios mtodos adecuados y cada marca de reguladores automticos de tensin tiene su propia solucin.

Si se produjese alguna emergencia como consecuencia de un fallo del sistema estabilizador del equipo en servicio, una solucin temporal consiste en hacer funcionar una maquina con el control automtico de tensin y mantener la segunda con control manual. La tensin de las barras se mantendr con la maquina gobernada por el R.A.T. y la otra, con excitacin constante, tomara aproximadamente una carga constante de KVARS, dejando a la controlada el que se ocupe de cualquier cambio de los KVARS totales.

De vez en cuando puede ajustarse este reparto de carga mediante el mando de control manual. Esto ser totalmente satisfactorio, supuesto que la carga total no vare ni demasiado ni frecuentemente ni muy de prisa. Si hay posibilidad de eleccin y una maquina es mayor que la otra, la mayor se elegir para el control automtico de tensin. En caso necesario con este sistema puede dejarse mas de una maquina con control manual.

SINCRONIZACION

Aunque fundamentalmente el problema de la conexin en paralelo de dos generadores de C.A. es igual que en el caso de los de C.C., o sea que las dos tensiones tienen que ser iguales y seguir sindolo despus de la conexin, el funcionamiento prctico es bastante diferente. La tensin es alterna y los voltmetros nos dan el valor eficaz y no el instantneo, mientras que para la sincronizacin lo que interesa conocer son las tensiones instantneas, que han de igualarse en magnitud y polaridad. Adems, tienen que seguir estando igualadas, lo que implica la igualdad de las frecuencias. Antes de la sincronizacin se pueden admitir ligeras variaciones, dentro de lmites estrechos. Los vectores tienen que girar tambin en el mismo sentido, pero sta es una condicin que ha de establecerse cuando se instalan y conectan los aparatos por vez primera. Por eso es esencial en las instalaciones nuevas o cuando se vuelve a conectar una mquina despus de reparada comprobar la rotacin de fases, es decir que las tensiones de cada fase crezcan hasta su mximo en el mismo orden en todas las mquinas que estn funcionando en paralelo.Al conectar en paralelo un generador de C.A. con otros equipos ya en carga, son necesarias las operaciones siguientes:1. La velocidad de la mquina que se pone ha de ajustarse hasta que su frecuencia sea aproximadamente igual a la de los generadores ya conectados a las barras. Los tacmetros ordinarios para motores no son tiles para este fin.2. La tensin se ajustar hasta que se corresponda con la de las barras.3. El conmutador para la conexin en paralelo se debe cerrar en el momento ms prximo posible en que los voltajes instantneos estn en fase y se igualen en magnitud.En la prctica estas operaciones son tan sencillas como las de poner en paralelo dos fuentes de C.C., pero exigen un poco ms de paciencia para alcanzar las condiciones correctas, ya que el cierre del conmutador cuando las dos alimentaciones estn desfasadas alrededor de 180 puede tener consecuencias desastrosas.Para facilitar la operacin se recurre a un sincronoscopio, que nos da con la velocidad de rotacin del indicador la diferencia entre las dos frecuencias y en unin de las lmparas nos indica cundo estn en fase las tensiones. Cuando se alcanzan las condiciones correctas puede cerrarse inmediatamente el interruptor.En el momento de cerrar este interruptor puede producirse un impulso de corriente, cuya magnitud depender de la diferencia de tensin y frecuencia, as como del desfase. Con iguales frecuencias y con fases coincidentes, las diferencias pequeas de tensin carecen de importancia. Una diferencia del 5 % en las tensiones, con mquinas de reactancia de fuga media, originara un transitorio aproximado del 25 % de la corriente a plena carga, que se reducira al 5 %.Una diferencia de frecuencia se traduce en un impulso que tras alcanzar un mximo desaparece gradualmente. Pero conviene recordar que una diferencia de frecuencia significa que la coincidencia de fase se altera continuamente y un retardo en el cierre del ruptor de circuito puede originar condiciones incorrectas. Una diferencia de frecuencia del 1 % corresponde aproximadamente a una revolucin del sincroscopio en un segundo, lo que suele aceptarse como tolerable para la sincronizacin. El desplazamiento de la aguja del sincroscopio hacia la derecha (en el sentido de las agujas de un reloj) indica que la velocidad de la mquina que se aade es excesiva, y viceversa.El momento en que se establecen los contactos del interruptor es muy importante. Si, por ejemplo, en la operacin de cerrar el interruptor se invierte un tercio de segundo desde su comienzo, en ese tiempo el ngulo de fase habr cambiado aproximadamente 90 con una diferencia de frecuencia de 1,5 %.Es preferible que antes de la sincronizacin la tensin y la frecuencia del generador no sean inferiores a las ya existentes en las barras, para que la mquina que se conecta adquiera inmediatamente una cierta carga.EL SINCRONOSCOPO

El sincronoscopio tiene dos devanados, uno de los cuales se conecta a las barras o a la mquina ya en funcionamiento, en tanto que el otro se aplica a la que se trata de conectar, y por el lado de la mquina del ruptor de circuito (fig, 102).

Cuando hay varias mquinas, el devanado destinado a la mquina que se une se conecta a un enchufe y las clavijas necesarias se encargan de permitir su conexin a cada mquina segn se necesite. Una aguja gira libremente en cualquier direccin e indica el ngulo de fase entre las dos fuentes de tensin.

Cuando las tensiones estn en fase, la aguja queda estacionaria en las 12. El cuadrante est marcado lento y rpido (slow y fast) con las flechas apropiadas para indicar, segn la direccin del giro de la aguja, si la mquina que se pone gira muy despacio o muy de prisa. La figura 103 muestra un sincronoscopio tpico. La parte mvil consta de un devanado estator en el que se crea un campo rotativo y un rotor de hierro dulce que est imanado por una bobina fija. El rotor se apoya en zafiros y su eje mueve la aguja. No hay, por tanto, bobinas mviles ni contactos ni muelles de control. Cuando las frecuencias son iguales, la aguja adquiere una posicin que indica la diferencia de fase angular entre los dos circuitos, y cuando se encuentran en sincronismo la aguja se queda en las 12. Para evitar indicaciones falsas la aguja se desplaza bastante de su posicin central en cuanto se relajan las bobinas. El sincronoscopio no debe dejarse en circuito ms de 20 minutos, ya que no est previsto para un funcionamiento continuo. Para ayudar a la sincronizacin pueden aadirse lmparas externas al instrumento. Los circuitos para lmparas encendidas son los indicados en la figura 104, dndose en la figura 105 otro circuito para lmparas apagadas. En el procedimiento de las lmparas encendidas hay conectado un transformador de relacin 1:1 de manera que su secundario pueda aplicarse, con polaridad inversa, en serie con el secundario del transformador conectado al generador en funcionamiento. De este modo cuando las dos alimentaciones estn en sincronismo se aplica a las lmparas una tensin doble que la normal.En la prctica resulta casi imposible ajustar las velocidades exactamente de forma que la aguja quede estacionaria en las 12 y lo mejor es tener la aguja girando a una velocidad no superior a una revolucin cada cinco segundos en la direccin rpida, y cerrar el interruptor cuando la aguja se encuentra hacia las 11. De esta manera, con la mquina un poco rpida adquirir carga inmediatamente, en tanto que si se conectase girando lenta adquirira una carga de motor que posiblemente accionara el rel de potencia inversa. En vista de esta posibilidad este ltimo debe ir provisto de un retardo de tiempo.Hacen falta dos voltmetros: uno conectado a las barras y otro a la mquina que se trata de incluir. En la prctica puede tolerarse una diferencia de tensin del 10 %.Si por cualquier causa no se dispusiera de un sincronoscopio o estuviera averiado el de la instalacin, pueden usarse lmparas para obtener las indicaciones necesarias, y entonces resulta apropiado el mtodo de secuencia presentado en la figura 106. Una de las lmparas, llamada lmpara clave, se conecta a una fase, pero las otras dos lmparas se interconectan, en cruz. Si las dos frecuencias difieren las lmparas se encendern en rotacin. Si estn montadas en circuito triangular, las luces parecern girar y la secuencia en que se enciendan, es decir, a la derecha o a la izquierda, indicar si el generador que se trata de conectar va rpido o lento. El momento de hacer el sincronismo es cuando la lmpara clave (que debe estar en el vrtice alto del tringulo) est apagada y las otras dos con brillos iguales. Si la rotacin de fases no es la correcta las tres lmparas se encendern y apagarn al mismo tiempo. Para corregirlo se intercambien dos cualesquiera de las conexiones de fase de la mquina que se va a incluir.Como las lmparas adecuadas para voltajes superiores a 250 generalmente no se tienen a mano, ser necesario utilizar lmparas en serie o transformadores de tensin.ROTACIN DE FASES

La comprobacin de la rotacin de fases o el orden de las mismas de los generadores, slo es necesaria en las instalaciones nuevas o cuando se reinstala un generador que se haba quitado. Esta comprobacin se puede hacer mediante un indicador rotativo, que no es otra cosa que un motor trifsico miniatura. Sus bornes van marcados y cuando la rotacin se lleva a cabo en el sentido sealado por una flecha queda indicada la secuencia de fases adecuada o sea el orden en que cada fase adquiere su mximo.Es esencial comprobar la rotacin de fase si se va a tomar alimentacin del puerto, ya que la rotacin de los motores puede invertirse si la secuencia de las fases difiere de la que tiene la alimentacin habitual.PROTECCIN DE POTENCIA INVERSA

Como la proteccin contra la corriente inversa no se puede aplicar en el caso de la C.A., hay que utilizar la potencia inversa para impedir que el generador funcione como motor en el caso de una prdida de energa de la mquina motriz. La prdida de potencia puede ser accidental, debida a causas mecnicas o a falta de combustible o de vapor, o puede ser debida a una parada normal efectuada por el maquinista. Si el generador se dejase conectado en paralelo con otro generador, la rotacin continuara con daos posibles para la mquina.La alternativa de la proteccin por rel de potencia inversa consiste en proporcionar uniones elctricas o contactos que respondan en el caso de aparicin de determinadas condiciones en la mquina, como, por ejemplo, la falta de presin del aceite lubrificante, el cierre de la vlvula de combustible o de admisin de vapor, funcionamiento del regulador de sobrevelocidad o, en el caso de turbinas, una excesiva contrapresin en el condensador. En ocasiones se prefieren estos procedimientos cuando se carece de rels de potencia inversa apropiados y seguros.Para impedir el funcionamiento inadvertido de los rels de potencia inversa como consecuencia de impulsos de potencia, sobre todo en el momento de una sincronizacin, deber incluirse un retardo de tiempo. Cuando la mquina motriz es un motor diesel conviene un ajuste del orden del 10 al 15 % de la potencia total, pero las turbinas de vapor absorben muy poca potencia al ser arrastradas y con ellas es necesario un ajuste muy fino del orden del 2,5 al 3 % de la potencia inversa.PAGE 12