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  ac7va  y  reac7va  en  los  terminales  del  generador,  por  esta  razón  su  punto  de  operación  (P,  Q)  varía  constantemente.  

 P→f      Q  →V  

•  Para  la  correcta  aplicación  de  los  esquemas  de  protección  para  generadores  es  importante  conocer  los  límites  opera7vos  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  soportar.    

•  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  ac7va  y  reac7va  vienen  dadas  por  las  siguientes  expresiones:  

 

•  El  lugar  geométrico  de  este  límite  se  representa  como  una  semicircunferencia  en  el  semiplano  posi7vo  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  𝛿  desde  0°  hasta  𝛿↓𝑚𝑎𝑥   .  

 

LÍMITE  POR  CORRIENTE  MÍNIMA  DE  CAMPO  

•  Se  puede  requerir  que  el  generador  opere  en  la  región  de  subexcitación,  por  lo  tanto  absorbiendo  potencia  reac7va  del  sistema.    

 •  Si  la  corriente  de  excitación  es  muy  pequeña  puede  que  el  generador  no  tenga  el  suficiente  torque  magné7co  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  matemá7co  presentado  anteriormente.  

LÍMITE  POR  CALENTAMIENTO  LOCALIZADO  EN  EL  TERMINAL  DE    NÚCLEO  DEL  HIERRO  DEL  ESTATOR  

•  El  flujo  magné7co  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    rela7va  del  flujo  magné7co  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  magné7co.    

•  La  curva  que  toma  en  cuenta  este  límite  es  una  circunferencia  con  centro  en  un  punto    en    el  eje  posi7vo  de  la  potencia  reac7va  Q.    

•  De  esta  forma,  el  círculo  que  forma  la  curva  que  limita  la  operación  del  generador  en  la    zona  de  subexcitación  7ene  las  siguientes  caracterís7cas:  

 

LÍMITE  DE  ESTABILIDAD  EN  ESTADO  ESTABLE  

•  Si  Pm  =  Pe    cuando  𝛿  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  disminuya  trasladándose  a  la  parte  decreciente  de  la  curva  sinusoidal.  

•  Para  evitar  que  el  generador  trabaje  en  la  zona  de  inestabilidad,  se  limita  la  can7dad  de  potencia  transferida  a   𝑃↓max 𝑀𝐸    que  considera  un  porcentaje  de  seguridad  respecto  a  la  potencia  𝑃↓𝑚𝑎𝑥 ,  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  ven7lación,  bombeo  de  combus7ble,  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  ac7vidades  para  las  que  fueron  concebidos.  

 •  La  capacidad  del  generador  para  entregar  o  recibir  potencia  reac7va  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  ac7va  y  reac7va  que  entrega  el  generador  al  sistema:  

 

•  Al  graficar              en  función  de            se  ob7ene  el  límite  por  voltaje  de  servicios  auxiliares.