INTRODUCCIN

4.1. INTRODUCCIN.- En la mayora de las centrales generadoras de energa es necesario y conveniente que la generacin sea efectuada por varias unidades de menos capacidad en lugar de ser generada por una sola maquina de gran potencia.Esta idea es extensible a un sistema elctrico de potencia que interconecta varias centrales elctricas hidrulicas y/o trmicas con los grandes centros de consumo de energa elctrica (ciudades, industrias, minas, etc.), a travs de lneas de transmisin.

Las ventajas de tener varios generadores trabajando en paralelo, se deben a varias razones, entre las que se puede citar las siguientes:

1. Un conjunto de varias unidades da mayor seguridad y continuidad al servicio, por cuanto es menos probable que puedan fallar todas las unidades al mismo tiempo.

2. Cuando se dispone de unidades mltiples, estas pueden ser sucesivamente puestas o desconectadas de servicio, de acuerdo a las necesidades de la demanda de energa. Adems se consigue que todos los generadores trabajen casi siempre, a plena carga y por lo tanto en las mejores condiciones de rendimiento.

3. Habiendo varias unidades en la central, es fcil sacar de servicio cualquiera de ellas para efectuar mantenimiento preventivo y correctivo.4. Puede preverse la futura instalacin de nuevas unidades para atender el crecimiento progresivo de la demanda de energa elctrica.

4.2 CONDICIONES PARA LA CONEXIN EN PARALELO.- La naturaleza y caractersticas de la corriente alterna imponen varias condiciones necesarias para la puesta en paralelo de generadores:

1. Los generadores deben tener la misma secuencia de fases.

2. La frecuencia del generador entrante, debe ser igual a la frecuencia del generador (o sistema) existente.

3. Los voltajes de lnea deben ser iguales.

4. Los ngulos de fase respectivos deben ser iguales.

En la fig. 1 se observa dos generadores en paralelo, donde el generador G2 es maquina entrante y deber cumplir las condiciones sealadas anteriormente para su conexin en paralelo con G1.

En la prctica, la frecuencia y voltaje del generador entrante, debe ser ligeramente mayor a la frecuencia y voltaje del sistema existente, caso contrario se puede producir oscilaciones de potencia activa y reactiva.

4.3 CARCTERSTICAS POTENCIA FRECUENCIA.- La frecuencia de un generador es proporcional a su velocidad, entonces se puede regular la frecuencia aumentando o disminuyendo la velocidad de la maquina primaria, actuando sobre su generador.

Al aumentar la solicitud de potencia al generador, la velocidad o frecuencia disminuye como efecto de que tambin el torque electromagntico aumenta proporcional al incremento de la carga.

La cada de velocidad porcentual (n %) de la maquina primaria o caracterstica Potencia Velocidad es definida por:

Donde no es la velocidad en vaco y npC es la velocidad a plena carga de la maquina.En la fig. 2 se observa la caracterstica lineal de la cada de velocidad de la maquina en funcin de su potencia de salida.

Caracterstica potencia velocidad

La mayor parte de los generadores tienen una cada de velocidad ajustable entre 0 y 10%, que representar la pendiente de la lnea de cada de velocidad. Estos valores se conocen como droop o estatismo permanente de la maquina y se ajusta en el regulador de velocidad de la maquina primaria.

En nuestro pas, el droop de las maquinas esta ajustado entre 4% y 7% en funcin a la respuesta que cada empresa desea de cada maquina, aunque lo deseable es tener un nico valor.

La caracterstica de la cada de velocidad en funcin de la potencia de salida se puede tambin expresar en trminos de la frecuencia, aprovechando su proporcionalidad directa, el cual se ilustra en la fig.

Caracterstica potencia frecuencia

La potencia de salida del generador se calcula a partir de la frecuencia de vaco del generador, la frecuencia del sistema y de un coeficiente de proporcionalidad entre la potencia de salida y la frecuencia.

Si es conocida la cada porcentual de velocidad (n %) de la maquina, el coeficiente Sp se calcula a partir de:

4.4 CARACTERSTICA VOLTAJE POTENCIA REACTIVA.- Al conectar en paralelo un generador al sistema se debe considerar tambin la caracterstica voltaje potencia reactiva de la maquina. En esta curva se observa que al aumentar la solicitud de potencia reactiva al generador disminuye la tensin en bornes.

Para igualar la tensin del generador con la red (u otro generador), basta con actuar sobre la excitacin del generador, elevando o disminuyendo la corriente de excitacin.

Caracterstica voltaje potencia reactiva

4.5 SINCRONIZACIN DEL GENERADOR.- Sincronizacin significa elegir el momento adecuado para conectar en paralelo un generador al sistema, cumpliendo las condiciones antes mencionadas. Para satisfacer todas estas condiciones normalmente es necesario emplear dispositivos especiales; tales como el Sincronoscopio, el rel de verificacin de sincronismo y el ms sencillo, los focos de sincronizacin.4.5.1 MTODO DE LOS FOCOS.- Como se observa en la fig. 4 a medida que cambian las fases entre los dos sistemas, los focos brillan al inicio (significa gran diferencia de fase), y luego se opaca (significa de fase pequea).

Mtodo de los focos

En cambio, si los tres bombillos se iluminan y apagan al mismo tiempo, el sistema tiene la misma secuencia de fase. Pero, s los focos se prenden o apagan sucesivamente, entonces los sistemas tienen secuencia de fase contraria y deber invertirse una de ellas, luego se ajusta la frecuencia del generador entrante a una frecuencia ligeramente superior a la frecuencia del sistema, y observando que los tres focos estn apagados se engancha al sistema y el generador comenzar a entregar potencia. Significa que la diferencia de voltajes es cero y cuando se apaguen o prendan muy lentamente estarn en fase.

Este mtodo es muy inexacto y existe solo en sistemas aislados antiguos.

4.5.2 MTODO DEL SINCRONOSCOPIO.- Es un instrumento que sirve para medir la diferencia de ngulo de fase entre las fases de los dos sistemas.Si el generador entrante es ms rpido que el sistema en funcionamiento, entonces el ngulo de fase avanza y la aguja del sincronoscopio gira en el sentido horario (rpido). Si la maquina entrante es lenta, entonces el sincronoscopio gira en el sentido antihorario.

Cuando la aguja del sincronoscopio esta en posicin vertical, los voltajes estn en fase y la maquina puede conectarse al sistema cerrando el interruptor.Sincronoscopio4.5.3 SINCRONIZACIN AUTOMTICA.- Un mtodo ms actual es la sincronizacin automtica que se ayuda con un equipo llamado Rel de verificacin de sincronismo. Este equipo, compara y verifica las condiciones de tensin y ngulo entre los dos sistemas.El sistema de sincronizacin automtica manda seales tanto al gobernador como al regulador de voltaje de la maquina entrante, de tal manera que cumpla los requisitos de sincronismo.

4.6 GENERADOR EN PARALELO CON UN SISTEMA DE BARRA INFINITA.- Es sistema barra infinita es un sistema de potencia tan grande que ni su voltaje ni su frecuencia varan, por mucha potencia activa o reactiva que se le inyecte o retire.

Las caractersticas potencia frecuencia y potencia reactiva voltaje para un sistema barra infinita es:

Caractersticas de un sistema barra infinita

Se analiza la conexin de un generador a un sistema de barra infinita, alimentando a una carga, se considera los sigtes aspectos:

- La maquina primaria del generador tiene un gobernador.

- La corriente de campo se controla manualmente. Por medio de un restato de campo.

Generador conectado a un sistema barra infinita.

Cuando un generador se conecta en paralelo con otro generador o con un gran sistema, la frecuencia y la tensin Terminal de las maquinas deben ser las mismas.

Generador Barra infinita

El generador es conectado en paralelo con el sistema barra infinita. De principio el generador que ingresa suministra una pequea cantidad de potencia activa y casi ninguna potencia reactiva.

Para asegurarse que el generador entrega potencia en lugar de absorber, la frecuencia del generador entrante debe ser ligeramente superior a la del sistema; caso contrario el generador absorbe potencia activa y se motorea, es decir funciona como motor. Si ocurre este problema la maquina tiene una proteccin de potencia inversa que tiene la funcin de desconectar al generador del sistema.

Para aumentar la potencia del generador, se acta sobre el gobernador desplazando su caracterstica hacia arriba. Como Vt y f son constantes (barra infinita), Eaf constante (excitacin constante).

Entonces se dice que la potencia de la maquina P depende del ngulo de potencia .

Si la potencia de salida del generador se aumenta hasta exceder la potencia que requiere la carga. La potencia en exceso absorbe el sistema barra infinita sin cambiar la frecuencia y la tensin terminal.

Despus de haberse ajustado la caracterstica del regulador de velocidad, el diagrama vectorial del generador es mostrado en la fig.Diagrama fasorial, Eaf constante y P variable.Diagrama fasorial P constante y Eaf variable.

En la fig. se observa el diagrama fasorial cuando se mantiene constante la potencia y se varia la corriente de excitacin.Inicialmente el generador esta funcionando con factor de potencia capacitivo, es decir, esta absorviendo potencia reactiva. Para que el generador entregue potencia reactiva, se aumenta la corriente de campo, entonces el flujo y la f.e.m inducida por el campo tambin Eaf = kw aumentan.Si Eaf aumenta, EafSen permanece constante y el vector Eaf debe deslizarse sobre la lnea de P constante. El ngulo de jXsIa cambia, y as la magnitud y el ngulo de Ia se modifican.

En resumen, cuando un generador funciona en paralelo con un sistema barra infinita se puede mencionar:

1. La frecuencia y el voltaje del generador son controlados por el sistema barra infinita.

2. El ajuste del gobernador del generador controla la potencia activa que este entrega al sistema.

3. La corriente de campo del generador controla la potencia reactiva que este entrega al sistema.

4. Cuando un generador trabaja en forma aislada la potencia de salida (activa y reactiva) es constante e igual a lo exigido por la carga, adems, la frecuencia y la tensin terminal varan segn se ajusten el gobernador y la excitatriz respectivamente.

4.7 FUNCIONAMIENTO DE GENERADORES EN PARALELO.- Cuando un generador se conecte en paralelo con otro de su tamao.

Generadores de igual tamao en paralelo

La restriccin bsica, es impuesta por la ecuacin de balance que consiste en que la suma de las potencias activas y reactivas que entregan los dos generadores debe ser igual a la carga conectada.

En la fig. se puede apreciar el comportamiento de los dos generadores funcionando en paralelo, con ayuda del diagrama potencia frecuencia.

Diagrama para dos generadores en paralelo.

La ecuacin de balance de potencia del sistema es:

Se ajusta el gobernador de G2, desplazando su caracterstica arriba. Ahora la potencia entregada por los dos generadores (PG1 + PG2) es mayor que la carga y se tiene una frecuencia mayor a la nominal.

Subir la caracterstica en uno de ellos, provoca: 1. El aumento de la frecuencia del sistema. 2. Aumenta la potencia de ese generador, mientras que se reduce la potencia entregada por la otra maquina.

Para ajustar la distribucin de potencia sin variar la frecuencia del sistema, se aumenta el ajuste del gobernador de una maquina y simultneamente se disminuye el ajuste del gobernador de la otra maquina.

Si se aumenta la corriente de campo de G2, entonces: 1. La tensin terminal del sistema aumenta. 2. La potencia reactiva entregada por G2 aumenta, mientras que la del otro generador disminuye.

Para ajustar la frecuencia del sistema, sin cambiar la distribucin de potencia aumente simultneamente o disminuya las marcaciones de ambos gobernadores. En la fig. se observa el diagrama fasorial de dos generadores.

Diagrama fasorial de dos generadores en paralelo.Donde Vt es el voltaje de terminales, IL es la corriente de carga, Ia es la corriente de armadura en cada generador y Eaf el voltaje de excitacin. Se desprecia la cada de voltaje en las resistencias de armadura.

La potencia reactiva que genera cada maquina es:

El generador 2 segn la fig. la tensin terminal es igual a la proyeccin horizontal de la tensin de campo, es decir:

Si, Eaf2 con 2 = Vt, entonces la potencia reactiva del generador 2 es cero.

As la potencia reactiva total generada por las dos maquinas es solo del generador 1, luego se tiene: