Paralelo de alternadores

MAQUINAS ELECTRICAS II

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

FACULTAD DE CIENCIAS ELECTRICAS

NOMBRE: DARWIN VICUÑA

[email protected]

PARALELO DE ALTERNADORES

RESUMEN:

En el presente ensayo se va a dar a conocer con detalle todo lo relacionado con el tema de poner en

paralelo generadores síncronos y las consideraciones que deben ser tomadas en cuenta al momento

de su montaje, para esto se ha tomado como referencia los respectivos fundamentos teóricos,

mediante los cuales primero realizaremos una pequeña introducción que describa a los generadores

síncronos, para luego realizar un estudio de los motivos del porque es necesario la puesta en

paralelo de los generadores, estudiar las condiciones necesarias para el montaje en paralelo de dos o

más generadores, luego estudiara las maniobras para el acoplamiento, diagramas de ondas donde se

visualicen las ondas fundamentales y las resultantes, y por último se expondrá sobre el

procedimiento de toma de carga y el proceso para retirar a un generador del paralelo.

INTRODUCCIÓN:

Las grandes cantidades de energía que se requieren para abastecer la demanda de las ciudades y de

la población en general han llevado a generar alternativas para lograr abastecer dicho consumo.

En la actualidad es raro encontrar la existencia de un alternador único que de manera aislada

alimente su propia carga. Esto sólo se lo puede encontrar en aplicaciones tales como los

generadores de emergencia.

Con objeto de aumentar el rendimiento y fiabilidad del sistema, las diferentes centrales están

conectadas entre sí en paralelo, por medio de líneas de transporte y distribución. La red así

constituida representa un generador gigantesco en el que prácticamente la tensión y la frecuencia se

mantienen constantes. Esto se debe a que sobre esta gran red, la introducción de un nuevo generador

no altera los parámetros básicos anteriores, por representar una potencia muy reducida frente al

conjunto total.

FUNDAMENTOS TEORICOS:

Los generadores síncronos se clasifican por su construcción en: campo giratorio y armadura

giratoria, por su tipo de excitación en autoexcitados y excitación separada, y por su tipo de rotor en:

polos salientes; para velocidades iguales o menores de 1800 RPM y polos lisos; para generadores

síncronos autoexcitados ya no requieren de escobillas y los de excitación separada requieren de

escobillas y en lugar del conmutador utilizan anillos rasantes.

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Fig 1. Estructura Del Generador Síncrono.

Fig 2. Puesta en paralelo de Generadores Síncronos.


Ventajas de la operación en paralelo de generadores:

Varios generadores pueden suministrar más carga que una sola máquina.

Al tener muchos generadores se incrementa la confiabilidad del sistema puesto que la falla de

cualquiera de ellos no causa la pérdida de la totalidad de la carga.

Al tener muchos generadores operando en paralelo es posible retirar uno o varios de ellos para

efectuar mantenimiento preventivo.

Si se utiliza una solo generador y éste no se encuentra operando carga de plena carga, será

relativamente ineficiente. Sin embargo, al emplear varias pequeñas es posible operar sólo una

fracción de ellas.

Las que operan lo hacen cerca de la plena carga y por tanto son más eficientes.

Razones para la utilización de los generadores síncronos en paralelo:

Al igual que le ocurre a las dínamos, a veces es preciso acoplar eléctricamente dos o más

alternadores. El acoplamiento de los alternadores resulta más complejo que el de las dínamos,

debido a la presencia de una nueva característica, 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 interés práctico. Además, el funcionamiento de un acoplamiento de alternadores en

serie es inestable y peligroso. Es así que varios generadores pueden alimentar una carga mucho

mayor que una sola máquina. Tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema,

debido a que si se presenta alguna falla de cualquiera de ellos no produce la pérdida total de

potencia en la carga. Tener varios generadores que velocidades iguales a 3600 RPM. Los operan en

paralelo permite que sea posible separar uno o más de ellos para cortes de potencia y

mantenimientos preventivos. Se utiliza un solo generador y este opera cerca de plena carga,

entonces será relativamente ineficiente. Con varias máquinas más pequeñas trabajando en paralelo,

es posible operara solo una fracción de ellas. Las que están operando lo hacen casi a plena carga y

por lo tanto de manera más eficiente.

Condiciones requeridas para operar en paralelo:

Para conectar generadores en paralelo es necesario tener muy en cuenta algunos aspectos para el

correcto funcionamiento y de esta manera evitar cualquier tipo de problemas tales como que los

generadores se dañen severamente y que la carga pierda potencia dichos aspectos se explican a

continuación.

Las Tensiones RMS de línea de los dos generadores deben ser iguales.

Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fases.

Los ángulos de fase de las dos fases homólogas deben ser iguales.

La frecuencia del nuevo generador, llamado en aproximación, debe ser ligeramente mayor que la

frecuencia del sistema de operación.


Fig 3 Generador que se conecta en paralelo con un sistema de potencia en operación

Estas condiciones de puesta en paralelo requieren ciertas explicaciones. La condición 1 es obvia:

para de dos grupos de voltajes sean idénticos, deben tener la misma magnitud de voltaje rms.

Los voltajes en las fases a y a` serán completamente idénticos en todo momento si ambas

magnitudes y sus ángulos son iguales, lo que explica la condición.

Fig 4 Esquema de secuencia de fases.

La condición 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) estén en fase, los otros dos pares de voltajes estarán desfasados por

120º. Si se conectan los generadores de esta manera, no habrá problema con la fase a, pero fluirá

enormes corrientes en las fases b y c, lo que dañara ambas maquinas.


Procedimiento general para conectar generador en paralelo:

En este punto común mente llamo puesta en paralelo de generadores se deben seguir algunos pasos

y precauciones para el óptimo funcionamiento de estas máquinas.

Poner en funcionamiento el generador a conectar:

En este punto se pone en funcionamiento el generador que se desea colocar en paralelo esto

conlleva a llevarlo a su velocidad síncrona (igualando de esta manera f1=f2) e igualando el valor de

sus voltajes, otra condición es la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar

con la secuencia de fase del sistema en operación. Para asegurarnos de cumplir estas condiciones y

de las expuestas en puntos anteriores se indican algunos métodos a continuación

Secuencia de fases:

Otra condición es la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la

secuencia de fase del sistema en operación. Para asegurarnos de cumplir esta condición y de las

expuestas en puntos anteriores se indican algunos métodos a continuación

Existen muchas formas de comprobar esto una de ellas es conectar alternativamente un pequeño

motor de inducción a los terminales de cada uno de los dos generadores. Si el motor gira en la

misma dirección en ambas ocasiones, 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 aproximación. Otro método más simple un, para

medir la secuencia es el uso de un secuensimetro, el mismo que puede ser electrónico o un

electromecánico, pero ambos siguen el mismo principio del motor de inducción expuesto

anteriormente

Sincronización de los generadores:

Este punto es el de mayor importancia cuanto se trata de generadores en paralelo, es por eso que se

antes de poner en funcionamiento los dos o más generadores debemos hacer algunas pruebas para

asegurarnos de su correcta sincronía

El método de las "lámparas de fase apagadas"

MAQUINAS ELECTRICAS II Este método consiste en conectar las lámparas entre UU', VV", WW" la diferencia de potencial

entre lámparas, nos indica si se cumplen las condiciones es decir cuando las lámparas están

apagadas se verifican las condiciones

El método de las "luces rotantes":

Las diferencias de potencial entre lámparas varían en módulo si las velocidades de rotación son

diferentes. Cuando están en sincronismo la lámpara UU' está apagada y las otras dos brillan

igualmente, de no ocurrir esto se ve el encendido alternativamente en un sentido u otro como si

girasen, indicando que la máquina va más lenta o más rápida. Una vez cumplida las condiciones se

puede decir que las máquinas están es sincronía.

MAQUINAS ELECTRICAS II A continuación se indica un esquema con todas estas características juntas:

En la gráfica se puede ver un voltímetro llamado voltímetro cero, se lo coloca como se indica en el

esquema entre la misma fase y recibe su nombre debido a que cuando indica un valor de cero

voltios el generador esta en sincronía

Uso de un Sincronoscopio:

Se usa para la indicación de la diferencia de frecuencia y ángulo de fase entre dos generadores o un

generador y red, cuando se conectan en paralelo. Si la diferencia es cero, la aguja del instrumento

permanece estacionaria en la marca del sincronismo situada en el centro de la escala. La escala del

instrumento se divide en dos áreas marcadas con los signos (+) y (-). Estos signos indican si la

máquina a conectar está a mayor o menor frecuencia que la otra, respectivamente. El sincronismo se

efectúa cuando la aguja está en el lado (-), pero girando muy lentamente en la dirección (+). Si la

aguja del instrumento comienza a girar en el sentido correcto cuando la diferencia de frecuencias es

de 1,5 Hz para trifásico o de 0,5 Hz para monofásico.


TIPOS DE SINCRONOSCOPIOS:

Uso de un Secuencimetro:

Los tipos UC 72 y UC 96 indican el orden de las fases de sistemas trifásicos. El tipo CUC 96,

además de indicar la secuencia de fases, incorporan un relé con un contacto conmutado y libre de

tensión. El relé se desactiva en ausencia de tensión o cuando el orden de fases es incorrecto.

Sistema de medida: Un circuito completamente electrónico, sin partes móviles, permite de forma

sencilla activar los indicadores neón.

Escalas: Dos visores, uno VERDE y otro ROJO, indican si la secuencia de fases es CORRECTA o

INCORRECTA, respectivamente.


TIPOS DE SECUENCIMETROS:

Puesta a carga

En un alternador una vez que tiene las rpm deseadas lo que conlleva a la frecuencia de red y la

tensión ajustada a la de servicio, al aplicársele carga existirá una caída de tensión que deberá ser

compensada con una mayor excitación y mantener la tensión de operación de forma automática o de

forma manual, de la misma forma al asumir carga (Kw) la maquina motriz necesitara compensar la

caída de velocidad del mismo modo de la tensión

De la misma forma un alternador que pierde carga tendrá que hacer ajustes de velocidad y de

voltaje, de no haces esto podríamos provocar grandes daños a la máquina, como un embalamiento y

todos los problemas que acarrea dicha situación

La carga en un alternador implica ajuste de voltaje y ajuste de velocidad. En caso de alternadores en

paralelo, una vez trabajando sincronizadamente el ajuste de tensión será controlada por un

compensador en cuadratura, que irá a mantener el FP (factor de potencia) lo cual implica un

cuidado especial del mismo modo las cargas entre los alternadores será controlada por el torque de

la maquina al ser ajustado el control de velocidad.


A continuación se explican más detalladamente algunos casos que pueden

suceder en la puesta a carga de los generadores:

Se considera el caso de una máquina, conectada a barras sobre las cuales existen ya trabajando otras

máquinas, tales que sus potencias son muy superiores a la primera, de manera que ésta no puede

alterar la tensión de barras, por esto se considera u = cte. y se dice sobre barras infinitas.

Caso1: Máquina en vacío: será I = 0, d = 0, E0 = U porque el estar en vacío es su fem la que

coincide con la tensión de barras.

Caso2: Se le aumenta la velocidad de la máquina motriz conectada al alternador. Como d es una

medida de la potencia desarrollada, el incremento de la velocidad resultará en un avance de E0

sobre u en un ángulo d. Con esto fluirá una I perpendicular a j.Xd. I en conclusión se entrega

corriente a la red

caso3: Se varía solamente la excitación.

Sobreexcitado: corriente en retraso de p /2

Subexcitado: corriente en adelanto de p/2

Y en conclusión se produce corriente reactiva pura

MAQUINAS ELECTRICAS II 4caso: Se aumenta la velocidad y la excitación.

Como la diferencia E01 - U es mayor, Ia I será mayor y en conclusión a este caso mejoramos o

variamos el cosF según la necesidad o norma presente

Esquema Real:

A continuación se indica el esquema real de generadores en paralelo en el mismo se indican todos

los instrumentos y cuidados que se deben tener, además se pueden ver las múltiples protecciones

para el cuidado del equipo.


También se muestra a continuación un panel que tienen acoplando todos los instrumentos

necesarios para la puesta en paralelo de los generadores.


Gráfica del problema que se puede dar cuando las ondas producidas por

dos generados acoplados en paralelo no son de la misma frecuencia.

Ondas F1=60hz V1=120v Y F2=58hz V2=120v

En la gráfica mostrada a continuación se muestras las dos ondas la una a 58Hz y la otra a 60Hz

La frecuencia de la onda resultante es ahora de 2Hz, por la suma de los voltajes que se tienen.

MAQUINAS ELECTRICAS II A continuación se tiene la gráfica de ondas de ambos generadores a la vez y luego se suman ambas

ondas.

Grafica de los dos generadores a la vez.

Grafica de ondas sumada los dos generadores

Proceso para retirar a un generador del paralelo:

Hay que descargar a cualquiera de los dos generadores ósea quitar la carga.

No hay como sacar bruscamente del paralelo porque se produce envalamiento ósea se dispara

velocidades y voltajes.

Conclusiones:

Mediante el desarrollo del ensayose estuvo mencionando explícitamente las grandes ventajas que

brinda la configuración de alternadores en paralelo, como es el suministrar la suficiente potencia

que requieran las cargas, como el suministro en la distribución de energía eléctrica.

Antes de conectar los generador en paralelo recordar siempre y asegurarse de los siguientes pasos.

Se acelera la máquina al número de r.p.m. nominales igualando frecuencia1 con frecuencia

2.

Se regula la excitación hasta que la tensión de bornes sea igual a la tensión de línea.

Se realiza la sincronización.


Se activa el interruptor para unirla a la barra infinita.

Según las necesidades de potencia se aumenta la velocidad o se aumenta la excitación.

Se debe tener mucha cuidado con los valores de corriente y voltaje para no dañar la máquina ya que

es posible que la línea a la que nos deseamos acoplar supero el voltaje que puede producir nuestro

alternador. En ese caso no se debe de acoplar ya que la máquina resentiría y reduciríamos su vida

útil.

Aunque no es necesario es lo más recomendable que los generadores a usarcé para realizar el acople

de generadores en paralelo deben ser comprados al mismo fabricante y poseer las mismas

características técnicas.

La sincronía implica que las frecuencias entre la barra de generación y el generador a ser montado

sean las mismas ya que como pudimos observar en la simulación existen partes en las que la

diferencia de potencial será el doble de la tensión normal lo que generara un corto circuito de

tensiones muy elevadas.

Una vez conectado el generador a la barra de generación tenemos que tomar en cuenta la toma de

carga a fin de garantizar que el generador acoplado entregue potencia al sistema.

Bibliografía:

Corriente alterna, Dawes, pag 312

Curso de Electrotecnia, José Murillo, pag. 512

CHAPMAN, STEPHEN. MAQUINAS ELECTRICAS, cuarta edición.

http://img.icnea.net/Forum/E3032/fotos/Fl_stc-syn_00.jpg.

Liwschitz-Garik "MAQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA", compañía editorial

continental S.A 1974

Archivo pdf "maquinas síncronas" . Eugenio Téllez Ramírez, AP&C

http://www.monografias.com/trabajos82/puesta-paralelo-generadores-sincronos/puesta-

paralelo-generadores-sincronos.shtml

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