ZONAS SEGURAS DE OPERACIÓN DEL GENERADOR

SINCRÓNICO

ZONAS SEGURAS DE OPERACIÓN DEL GENERADOR SINCRÓNICO.

• La demanda de energía es impredecible, no se puede saber con certeza los requerimientos de potencia activa y reactiva en los terminales del generador, por esta razón su punto de operación (P, Q) varía constantemente.

Pf Q V

• Para la correcta aplicación de los esquemas de protección para generadores es importante conocer los límites operativos del mismo, para que los parámetros de calibración de los relés no permitan que las magnitudes eléctricas (voltaje, corriente, potencia, frecuencia, etc.) sobrepasen dichos límites.

Se considerarán los siguientes límites para la operación segura del generador:

• Límite por corriente máxima del devanado de armadura.

• Límite por corriente máxima de excitación.• Límite por corriente mínima de excitación.• Límite por calentamiento en la región final

del hierro del núcleo del estator.• Límite de estabilidad en estado estable.• Límite por voltaje de servicios auxiliares.

LÍMITE POR CORRIENTE DE ARMADURA.

• La potencia aparente nominal del generador, está relacionada directamente con la corriente de armadura máxima que éste soporta.

• Al ser el voltaje V constante, la corriente varía directamente con la potencia aparente S, por lo tanto se puede usar esta magnitud para hacer el análisis de los límites de corriente de armadura.

LÍMITE POR CORRIENTE MÁXIMA DE CAMPO

• Las pérdidas en el cobre del devanado del rotor imponen el límite de la corriente de campo.

• El análisis general se hace para el generador de Polos Salientes, donde la potencia activa y reactiva vienen dadas por las siguientes expresiones:

• El lugar geométrico de este límite se representa como una semicircunferencia en el semiplano positivo P de centro en el punto (-V²/Xs, 0).

• Con Emax se puede encontrar la curva de límite por corriente máxima de campo, graficando P y Q para un voltaje interno Emax, variando desde 0° hasta .

LÍMITE POR CORRIENTE MÍNIMA DE CAMPO

• Se puede requerir que el generador opere en la región de subexcitación, por lo tanto absorbiendo potencia reactiva del sistema.

• Si la corriente de excitación es muy pequeña puede que el generador no tenga el suficiente torque magnético para mantener el sincronismo, por lo que podría perder estabilidad.

• Se procede a encontrar la curva del límite por Emin, con el mismo procedimiento que se empleó para encontrar la curva para Emax, la única diferencia es que se reemplaza el valor de Emax por Emin en el desarrollo matemático presentado anteriormente.

LÍMITE POR CALENTAMIENTO LOCALIZADO EN EL TERMINAL DE

NÚCLEO DEL HIERRO DEL ESTATOR• El flujo magnético en el entrehierro induce

corrientes parásitas o de Eddy en el hierro del estator, cosa que no ocurre en el rotor, porque para éste, la velocidad relativa del flujo magnético que gira a velocidad sincrónica en el entrehierro es cero.

• La forma más común de reducir las corrientes parásitas es laminando el núcleo, con esto se consigue disminuir la superficie total, que debe atravesar el flujo magnético.

• La curva que toma en cuenta este límite es una circunferencia con centro en un punto en el eje positivo de la potencia reactiva Q.

• De esta forma, el círculo que forma la curva que limita la operación del generador en la zona de subexcitación tiene las siguientes características:

LÍMITE DE ESTABILIDAD EN ESTADO ESTABLE

• Si Pm = Pe cuando es muy cercano o igual a 90°, el generador podría perder el sincronismo ya que pequeños incrementos en la carga pueden hacer que la potencia transferida, en vez de aumentar disminuyatrasladándose a la parte decreciente de la curva sinusoidal.

• Para evitar que el generador trabaje en la zona de inestabilidad, se limita la cantidad de potencia transferida a que considera un porcentaje de seguridad respecto a la potencia , para cada valor de excitación.

• El valor neto de la potencia de reducción (ME%), es el mismo para cualquier excitación.

• Rotor devanado:

• Polos salientes:

LÍMITE POR VOLTAJES DE SERVICIOS AUXILIARES

• Los servicios auxiliares ayudan a realizar procesos complementarios como ventilación, bombeo de combustible, bombeo de agua para refrigeración, etc., que son indispensables para que el generador y la turbina puedan trabajar en condiciones apropiadas y se pueda llevar a cabo el proceso de conversión de energía.

• Los equipos más importantes y de mayor potencia, conectados al transformador de servicios auxiliares son motores, los cuales requieren de un voltaje de alimentación dentro de un determinado rango, para poder desarrollar adecuadamente las actividades para las que fueron concebidos.

• La capacidad del generador para entregar o recibir potencia reactiva está restringida por los límites de capacidad del generador estudiados anteriormente, sin embargo, en centrales térmicas a vapor, donde la potencia de que consumen los servicios auxiliares es realmente importante (3-5% de la potencia nominal), aparece una nueva restricción, que está relacionada con los voltajes máximo y mínimo que puedan tolerar los equipos conectados al transformador de servicios auxiliares.

• En el sistema de la figura, el voltaje terminal del generador Vt θt en función de la potencia de ∠servicios auxiliares es igual a:

• Con el voltaje terminal y voltaje del sistema, se puede calcular la potencia activa y reactiva que entrega el generador al sistema:

• Al graficar en función de se obtiene el límite por voltaje de servicios auxiliares.