Simulación de la Asimilación de Demanda de la Batería de Grupos Electrógenos Moa en Isla

Resumen

En el presente trabajo de diploma se desarrolla una investigación para establecer los límites permisibles de asimilación de demanda por parte de una Batería de Grupos Electrógenos Diesel, ubicada en el municipio Moa, cuya capacidad es inferior a la demanda residencial y pequeña estatal del territorio.

En el primer capítulo se aborda el fundamento teórico que da pie a la investigación, subestaciones, esquemas y componentes de las redes de distribución. Softwares simuladores, normas de explotación de grupos electrógenos y la presencia de estos en las redes eléctricas.

El segundo capítulo se enmarca en la caracterización del sistema de distribución municipal, el procesamiento de la data de demanda extraída de los Nulecs y las simulaciones para cada por ciento de carga del conjunto de subestaciones y explotación de la Batería.

Finalizando en el capítulo tres con el análisis de los resultados y estableciendo los límites de operación del microsistema Batería-subestaciones de distribución ante una desconexión del SEN.

Summary.

In the presently diploma work an investigation to establish the permissible limits of demand assimilation by the Diesel generators, located in the municipality of Moa whose capacity is inferior to the demand of the residential and small state of the territory, is developed.

In the first chapter the theoretical foundation is emphasized that gives a step to the investigation, substations, circuit diagrams and components of the distribution networks. Simulation software, norms of exploitation of Diesel generators and the presence of these in the electric networks.

The second chapter is framed in the characterization of the distribution system of municipality, the processing of demand data extracted from the Nulecs and the simulations for each load percentage of the group of substations and exploitation of the Diesel Generators.

Concluding in chapter three with the analysis of the results and establishing the limits of operation of the micro system Diesel generators-distribution substations in case of the disconnection from the National electro energetic System (SEN).

Introducción general

La generación de electricidad mediante el empleo de combustibles fósiles actualmente se ha convertido en un problema económico insostenible. El suministro de esta energía vital e indispensable para el desarrollo económico y social de cualquier país, de quien prácticamente todas las actividades de la sociedad moderna tienen dependencia, en mayor o menor grado, debe ser suficiente, estable, confiable y a un costo razonable con condiciones que aseguren un normal desarrollo.

Llevar la electricidad a todos los lugares donde se necesita requiere de una compleja infraestructura de elementos tecnológicos y una organización que permita producirla y entregarla a cada usuario en la cantidad necesaria, en el momento preciso y con una alta confiabilidad y calidad, inicialmente los sistemas de potencia consistían en máquinas distribuidas cerca de los centro de carga. Con el desarrollo industrial esta concepción fue cambiando y convirtiéndose el sistema de potencia de distribuido a centralizado, con enormes máquinas generadoras en varios puntos del sistema sin tener en cuenta del todo la distancia a los centros de carga.

En la década de los noventa en Cuba el 94% de la energía eléctrica era producida por el Sistema Eléctrico de Potencia (SEP) Centralizado (tradicional), mientras que el 6% era suplido por fuentes renovables y no renovables de energía [3]. A partir del año 2006 el país elabora veintiocho programas para lograr la invulnerabilidad energética por medio de la Revolución Energética. A partir de entonces se comienzan a instalar fuentes generadoras de forma distribuida a lo largo de todo el país, creando una nueva estructura en el SEP tradicional, convirtiendo a los Grupos Electrógenos Diesel (GED), en protagonistas iniciales de la Generación Distribuida.

Situación problémica:

La desconexión del Sistema Electro energético Nacional (SEN) de los Grupos Electrógenos Diesel, ya sea en emplazamientos o en Baterías, requiere del cumplimiento de requisitos establecidos para garantizar el adecuado funcionamiento de este tipo de generación. Estudios realizados han demostrado que la demanda del municipio es superior a la capacidad instalada en la Batería, sin embargo no se cuenta con la simulación del comportamiento de los parámetros eléctricos fundamentales durante la asimilación de carga en la operación aislada.

Hipótesis

Si se simula el comportamiento de la Batería Moa ante la asimilación de carga y se identifican los límites en la relación generación-demanda, se puede alcanzar un trabajo eficiente de la instalación, estableciendo una correspondencia entre distintos por cientos de carga y las respuestas de las máquinas generadoras para el trabajo aislado, garantizando un servicio eléctrico estable a los clientes.

Objetivo general.

Simular en Matlab la relación establecida entre capacidad instalada en la Batería de Grupos Electrógenos Moa y demanda en las cinco Subestaciones de distribución principales del municipio.

Objetivos específicos.

• Analizar las características de las redes eléctricas de distribución y sus componentes.

• Identificar los softwares adecuados para la simulación del microsistema.

• Caracterizar el sistema de distribución del municipio.

• Estimar la demanda de las subestaciones objeto de estudio.

• Simular el comportamiento de los parámetros eléctricos en función de diferentes por ciento de demanda y generación.

Resultados esperados

• 1. Actualización de la data de demanda de los circuitos residenciales del municipio Moa.

• 2. Establecimiento de los límites permisibles para la operación eficiente de la instalación.

• 3. Simulación de la dependencia entre demanda y generación para diferentes por cientos de explotación.

• 4. Simulación del sistema Batería-Subestaciones de distribución principales.

Capítulo I

Sistemas de distribución

CAPÍTULO 1. SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN.

• Redes y sistemas de distribución de energía eléctrica.

La red de transmisión de la energía eléctrica o sistema de transmisión de energía eléctrica es un subsistema del Sistema Eléctrico de Potencia cuya función es el suministro de energía desde la fuente de generación, generalmente a 220 kV, hasta la subestación de subtransmisión de 34,5 kV. A partir de la cual comienza la red de distribución a 13,8 kV hasta los usuarios finales.

Los elementos que conforman la red o sistema de distribución son los siguientes:

• Subestación de Distribución: conjunto de elementos (transformadores, interruptores, seccionadores, etc.) cuya función es reducir los niveles de alta tensión de las líneas de transmisión (o subtransmisión) hasta niveles de media tensión para su ramificación en múltiples salidas o circuitos.

• Circuito Primario: (Consiste en la línea aérea o soterrada que sale de la subestación de distribución y alimenta a los transformadores monofásicos o trifásicos de los clientes finales.)

• Circuito Secundario: (Es el que parte de los transformadores conectados al circuito primario y alimenta los clientes finales a baja tensión.)

La distribución de la energía eléctrica desde las subestaciones de transformación de la red de transporte se realiza en dos etapas.

• 1. La primera está constituida por la red de transmisión, que, partiendo de las subestaciones de transformación, reparte la energía, normalmente mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, o con líneas doble circuito, hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribución. Las tensiones utilizadas están comprendidas entre 65 y 220 kV. Intercaladas en estos anillos están las estaciones transformadoras de distribución, encargadas de reducir la tensión desde el nivel de reparto al de distribución en media tensión. [21]

• 2. La segunda etapa la constituye la red de distribución propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 4.16 a 34.5 kV y con una característica muy radial. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (población, gran industria, etc.), uniendo las estaciones transformadoras de distribución con los centros de transformación, que son la última etapa del suministro en media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos centros es baja (120/240 ó 240/480 V). [21]

• Especificación técnica de un sistema de distribución.

Los principales datos de sistema eléctricos son la tensión y potencia nominal, la frecuencia nominal, impedancia y su comportamiento en caso de cortocircuito. Los sistemas de distribución de energía eléctrica comprenden niveles de media tensión y baja tensión.

• Estructuras, postes y conductores.

Un sistema de distribución aéreo existe gracias al empleo de estructuras, dispositivos y herrajes. Para los niveles de tensión de distribución no se emplean torres, en su lugar se utilizan estructuras de postes de madera o cemento con crucetas que soportan los aisladores y estos a los conductores, es decir, se considera estructura de línea primaria toda aquella que soporta conductores cuya tensión de operación va desde 1 kV hasta 34.5 kV En el caso de estructuras con dos circuitos, el de mayor nivel de tensión siempre ira en el nivel superior.

Existen diferentes tipos de configuraciones de estructuras, pero las más utilizadas son las que aparecen en la siguiente tabla.

Tabla 1.1 Tipos de estructuras más utilizadas.

Los postes de hormigón que queden empotrados en terrenos salinos o de alta contaminación se deben impermeabilizar con recubrimiento de asfalto. En todos los casos los postes no deben soportar esfuerzos de torsión.

En este tipo de sistema el conductor que tiene mayores posibilidades por sus características constructivas es el ACSR 70 y 150, la sección mínima para el cobre es de 4 AWG (21 mm2) y 2 AWG (39 mm2) en conductores de aluminio reforzado ACSR.

• Clasificación de los Sistemas de Distribución.

Dependiendo de las características de las cargas, los volúmenes de energía involucrados, y las condiciones de confiabilidad y seguridad con que deban operar, los sistemas de distribución se clasifican en:

• Industriales.

• Comerciales.

• Urbana.

• Rural.

• Sistemas de distribución industrial.

Comprende a los grandes consumidores de energía eléctrica, tales como las industrias del acero, níquel, químicas, petróleo, papel, etc., que generalmente reciben el suministro eléctrico en alta tensión. Es frecuente que la industria genere parte de su demanda de energía eléctrica mediante procesos a vapor, gas o diesel.

• Sistemas de distribución comerciales.

Es un término colectivo para sistemas de energía existentes dentro de grandes complejos comerciales y municipales, tales como edificios de gran altura, bancos, supermercados, escuelas, aeropuertos, hospitales, puertos, etc. Este tipo de sistemas tiene sus propias características, como consecuencia de las exigencias especiales en cuanto a seguridad de las personas y de los bienes, por lo que generalmente requieren de importantes fuentes de respaldo en casos de emergencia.

• Sistemas de distribución urbana.

Alimenta la distribución de energía eléctrica a poblaciones y centros urbanos de gran consumo, pero con una densidad de cargas pequeña. Son sistemas en los cuales es muy importante la adecuada selección en los equipos y el dimensionamiento.

• Sistemas de distribución rural.

Estos sistemas de distribución se encargan del suministro eléctrico a zonas de menor densidad de cargas, por lo cual requiere de soluciones especiales en cuanto a equipos y a tipos de red. Debido a las distancias largas y las cargas pequeñas, es elevado el costo del kWh consumido.

En muchos casos es justificado, desde el punto de vista económico, la generación local, en una fase inicial, y sólo en una fase posterior, puede resultar económica y práctica la interconexión para formar una red grande.

• Características de operación.

Para comprobar las características de operación, confiabilidad y seguridad de un sistema de distribución industrial, es necesario efectuar una serie de estudios analíticos; los cuales entregan índices de funcionamiento, cuya exactitud dependerá del modelo empleado en la representación del sistema. Los estudios típicos que se efectúan en un sistema de distribución industrial son los siguientes:

• Flujos de potencia.

• Cálculo de corrientes de cortocircuito.

• Regulación de tensión y compensación de reactivos.

• Arranque de motores.

• Esquemas de subestaciones de distribución.

Un esquema de Barras, es la disposición que presentan las barras o juegos de barras por niveles de tensión y que ofrecen mayor o menor nivel de flexibilidad en una subestación eléctrica.

Dentro de los esquemas existentes en las subestaciones normalizadas de CADAFE [2], tenemos:

Esquema de barra simple.

Está conformado por una sola barra continua a la cual se conectan directamente los diferentes tramos de la subestación.

Figura. 1.1 Esquema de subestación de barra simple.

• Aéreas donde los cortes de servicio afectan a cargas poco importantes.

• En el diseño normalizado de las subestaciones tipo: Radial I, Radial II y Nodal III.

Ventajas:

• Fácil operación e instalación simple.

• Costo reducido

• Requiere poco espacio físico para su construcción.

• Mínima complicación en la conexión de los equipos y el esquema de protecciones. Desventajas:

• No existe flexibilidad en las operaciones (El mantenimiento de un disyuntor exige la salida completa del tramo involucrado).

• Falla en barra interrumpe el servicio totalmente

• Las ampliaciones de barra exigen la salida de la subestación en su totalidad.

Esquema de barra seccionada por un disyuntor.

Está constituido por dos (2) barras principales, con posibilidad de acoplamiento entre sí mediante un disyuntor y sus seccionadores asociados.

Figura. 1.2 Esquema de subestación con barra seccionada por disyuntor.

• En el diseño normalizado de las subestaciones tipo: Nodal III con acoplador de barra.

Ventajas:

• Fácil mantenimiento de los tramos conectados a la barra

• Requiere poco espacio físico para su construcción.

• Para fallas en barra, queda fuera de servicio el tramo de la sección de barra afectada.

• .Mayor continuidad del servicio

Desventajas:

• Falla en barra puede originar racionamiento.

• El mantenimiento de un disyuntor deja fuera de servicio el tramo al cual está asociado.

Esquema de barra simple con seccionadores en derivación.

Figura. 1.3 Esquema de subestación con barra simple con seccionador en derivación.

Similar al esquema de barra simple, y difieren en que los tramos tienen adicionalmente un seccionador en derivación (By-Pass).

• En el diseño normalizado de las subestaciones tipo: Radial II. Ventajas:

• Similar al esquema de barra simple, pero permite realizar labores de mantenimiento en los tramos sin interrumpir el servicio, a través del seccionador en derivación (By- Pass)

• Requiere poco espacio físico para su construcción. Desventajas:

• Falla en barra interrumpe totalmente el suministro de energía.

• Las ampliaciones de barra exigen la salida de la subestación en su totalidad.

Esquema de barra doble (mixta).

Figura. 1.4 Esquema de subestación con barra mixta.

Está constituido por dos (2) barras principales, las cuales se acoplan entre sí mediante un disyuntor y sus seccionadores asociados.

Utilización:

• En las instalaciones relacionadas directamente con la red troncal del sistema interconectado.

Ventajas:

• Las labores de mantenimiento pueden ser realizadas sin interrupción del servicio.

• Facilita el mantenimiento de seccionadores de barra, afectando únicamente el tramo asociado.

Desventajas:

• La realización del mantenimiento en un disyuntor de un tramo, requiere la salida del tramo correspondiente.

• Requiere de gran espacio físico para su construcción.

Esquema de barra principal y transferencia.

Figura. 1.5 Esquema de subestación con barra principal y transferencia.

Está constituido por una barra principal y una de transferencia, que permita la transferencia de tramos.

Utilización:

• En el diseño normalizado de las subestaciones tipo: Nodal I y Nodal II. Ventajas:

• Permite la transferencia de carga de un tramo, durante el mantenimiento del disyuntor correspondiente

• Facilita el mantenimiento de seccionadores de línea y transferencia, afectando únicamente el tramo asociado.

• Requiere de poco espacio físico para su construcción. Desventajas:

• Para la realización del mantenimiento de la barra y los seccionadores asociados, es necesario desenergizar totalmente la barra.

Esquema de barra doble con disyuntor y medio de salida.

Figura. 1.6 Esquema de subestación con barra doble con disyuntor y medio de salida.

Constituido por dos (2) barras principales interconectadas a través de dos (2) tramos de disyuntor y medio (1-1/2) a los cuales las salidas están conectadas.

Utilización:

• En el diseño normalizado de las subestaciones tipo: Nodal 400 T Ventajas:

• No necesita tramo de enlace de barra

• El mantenimiento de un disyuntor se puede realizas sin sacar de servicio el tramo correspondiente.

Desventajas:

• Para la realización del mantenimiento de los seccionadores conectados directamente al tramo, es necesario dejar fuera de servicio el tramo correspondiente.

• Requiere gran espacio físico para su construcción.

• Transformadores.

Hay dos tipos de transformadores que se diferencian por su forma constructiva, transformadores sumergidos y secos. Existen cuatro tipos de transformadores sumergidos:

• Sumergidos respirantes

• Sumergidos de colchón de gas.

• Sumergidos con conservador.

• Sumergidos de llenado integral. Actualmente sólo se instalan los últimos.

• Transformadores sumergidos

El circuito magnético y los devanados están sumergidos en un dieléctrico líquido que garantiza el aislamiento y la evacuación de las pérdidas caloríficas del transformador. Este líquido se dilata en función de la carga y de la temperatura ambiente.

• Transformadores con conservador

Para reducir las anteriores inconvenientes, un depósito de expansión limita el contacto aire/aceite y absorbe la sobre-presión. No obstante, el dieléctrico sigue oxidándose y cargándose de agua. La adición de un desecador limita este fenómeno, pero exige un mantenimiento periódico. La sobre presión debida a la dilatación del líquido es absorbida por los pliegues de la cuba.

• Clasificación de las redes.

Según el Reglamento de la Ley General de Servicios Eléctricos (Decreto Supremo Nº 327), [4] las concesiones de servicio público de distribución son aquellas que habilitan a su titular para establecer, operar y explotar instalaciones de distribución de electricidad dentro de una zona determinada (llamada comúnmente zona de concesión), y efectuar suministro de energía eléctrica a usuarios. Este suministro puede realizarse a varios niveles de tensión (tabla 1.2).

Las redes de alta tensión son llamadas comúnmente en esta parte de los sistemas como: "alimentadores", las que pueden ser tanto aéreas como subterráneas, y que a la vez, pueden alimentar directamente a clientes de grandes potencias que cuentan con transformadores propios, o bien, a subredes por medio de transformadores de baja tensión de distribución, a las que se conectan clientes que poseen niveles de potencia bajos y medianos. A estas redes de baja tensión normalmente se les llama: circuitos.

Tabla 1.2 Clasificación de las redes según los niveles de tensión.

Las empresas presentan principalmente dos esquemas de alimentación: los sistemas radiales y los anillados. Los sistemas radiales son los de uso principal, consisten en poseer un conjunto de alimentadores, que suministran potencia en forma individual, a un grupo de transformadores. Cuando una red radial alimenta a transformadores, se obtienen las redes de distribución de media tensión y con ellas las de baja, normalmente trifásicas de cuatro hilos, y generalmente del tipo sólidamente aterradas. Una desventaja de los sistemas radiales es que al fallar un transformador, su alimentador en alta tensión, o en media, todos los clientes de baja tensión asociados a ese transformador quedan sin suministro. No son redes que aseguren una buena continuidad del servicio, pero son económicas.

Los sistemas anillados en alta tensión, se caracterizan por tener el lado primario del transformador conectado a una barra donde le llegan dos puntos de alimentación, proporcionando así una continuidad del servicio en caso de que ocurra una falla en alguno de los extremos de alimentación. Pudiéndose suministrar la energía por el punto de alimentación que está en operación sin falla. Como se había mencionado anteriormente una gran ventaja que presenta esta topología es la continuidad del servicio no así en un circuito radial, no obstante cabe mencionar que el sistema se hace más complejo en las operaciones. [4]

• La Generación Distribuida y las redes de distribución.

Debido a que la Generación Distribuida se conecta a la red de distribución, cada vez se están dedicando más esfuerzos al estudio de los impactos que ocasiona esta en las redes de distribución a las cuales se conecta. Los estudios que se realizan son muy diversos y variados. Los más importantes se centran en: [20]

• Incentivos a las tecnologías de GD para su desarrollo (mecanismos regulatorios: primas, tarifas, certificados verdes etc.).

• Las nuevas inversiones y la planificación de la Distribución teniendo en cuenta la GD.

• Las potencias de cortocircuito en la red con GD.

• Los servicios complementarios en la red con GD (regulación de frecuencia -, control tensión – potencia reactiva).

• Las pérdidas en la red con GD.

• La operación y explotación de red con GD.

• La seguridad del personal de mantenimiento con GD.

• Grupos Electrógenos Diesel.

Un grupo electrógeno diesel es una máquina constituida por un generador de energía eléctrica accionado por un motor de combustión interna, ya sea diesel o fuel. Una de sus utilidades más comunes es de forma aislada en aquellos lugares donde no hay suministro a través de la red eléctrica nacional, generalmente son zonas rurales con poca infraestructura y como máquinas de emergencia en empresas importantes económicamente y socialmente.

Los grupos electrógenos diesel no están designados para suministrar corriente eléctrica a grandes sistemas de potencia, ya sea alimentando a una parte del sistema, o entregando toda su potencia en paralelo a este, para ello están los grupos electrógenos de fuel oíl, cuyo trabajo es continuo. La forma de operación de los diesel en Baterías, para lo cual se unen 8 grupos electrógenos de iguales características técnicas, se ha tomado para la interconexión con los sistemas de potencia, tal como se muestra en la siguiente figura 1.1.

Figura 1.7. Conexión de Batería de GED a barra de un Sistema de Potencia.

La unificación de un gran número de generadores y consumidores en un sistema eléctrico común situado en un extenso territorio es mucho más ventajosa que el uso de generadores aislados para alimentar los grupos autónomos de consumidores. Sin embargo, ante situaciones excepcionales el envío de electricidad desde grandes distancias no es lo óptimo, pueden ocurrir fallas en las líneas, caídas de torres u otro fenómeno. En estas situaciones es donde la generación distribuida alcanza una vital importancia para mantener funcionando puntos vitales en los territorios. La posibilidad de traslado hacia las cercanías de los principales objetivos económicos y sociales, los hace indispensables ante situaciones excepcionales.

Antes de conectarse en paralelo las Baterías con los Sistemas de Potencia se deben cumplir condiciones específicas de operación. [3]

• Condiciones de la conexión para el funcionamiento en paralelo.

El esquema de conexión del generador sincrónico trifásico para el funcionamiento en paralelo con el sistema está mostrado en la figura 1.8.

Figura 1.8. Esquema de conexión de alternadores sincrónicos para el funcionamiento en paralelo con el sistema.

Cuando un generador opera solo, las potencias activa y reactiva (P y Q) suministradas por el generador son constantes y deben ser iguales a las demandadas por la carga, y la frecuencia y el voltaje en terminales varían de acuerdo con los puntos de ajuste del gobernador y la corriente de campo. Cuando un generador opera en paralelo con una barra infinita, este determina que la frecuencia y el voltaje en los terminales sean constantes, y las potencias activa y reactiva varían de acuerdo con los puntos de ajuste del gobernador y la corriente de campo.

Si un generador se conecta en paralelo con otro de igual tamaño, el sistema resultante se muestra en la figura 1.9a. En este sistema, la restricción básica es que la suma de las potencias activa y reactiva suministradas por los dos generadores debe ser igual a las potencias P y Q demandadas por la carga. La frecuencia del sistema y la potencia de un generador no están restringidas a ser constantes. El diagrama potencia-frecuencia para tal sistema, inmediatamente después que el segundo generador,G2 ha sido puesto en paralelo con la línea, se muestra en la figura 1.9b. Aquí, la potencia total Ptot (la cual es igual a Pcarga) está dada por:

Ptot =Pc arg a=PG 1+PG 2

y la potencia reactiva por Qtot = Qcarga = QG1 + QG2 (1.1) (1.2) Cuando se incrementa la calibración en los puntos de ajuste del gobernador de G2 , los puntos de ajuste del gobernador de G2, aumentan, la curva potencia-frecuencia de G2, se desplaza hacia arriba, como se muestra en la figura 1.9c. Siempre teniendo en cuenta que la potencia total suministrada a la carga no debe cambiar. A la frecuencia original f1, la potencia suministrada por G1 y G2, será ahora mayor que la potencia demandada por la carga; entonces, el sistema no puede continuar operando a la misma frecuencia de antes. En efecto, hay una sola frecuencia a la cual la suma de las potencias de salida de los dos generadores es igual a Pcarga.

Esta frecuencia f2 es mayor que la frecuencia original de operación del sistema. A esa frecuencia, G2 suministra más potencia que antes, y G1 suministra menos.

Por tanto, cuando dos generadores operan conjuntamente, un ajuste que incremente los puntos de calibración del gobernador en uno de ellos:

• Incrementa la frecuencia del sistema.

• Incrementa la potencia suministrada por ese generador mientras reduce la potencia su ministrada por el otro.

Si se aumenta la corriente de campo de G2 el comportamiento resultante es análogo a la situación de potencia real y se muestra en la figura 1.9d. Cuando dos generadores operan conjuntamente y se incrementa la corriente de campo de G2:

• 1. Se incrementa el voltaje en los terminales del sistema.

• 2. Se incrementa la potencia reactiva Q suministrada por ese generador, mientras que disminuye la potencia reactiva suministrada por el otro generador.

Si se conocen las pendientes y las frecuencias de vacío de las curvas de caída de velocidad del generador (frecuencia-potencia), las potencias suministradas por cada generador y la frecuencia resultante del sistema se pueden determinar cuantitativamente.

La potencia producida por un generador sincrónico con una pendiente dada y frecuencia de vacío está dada por la ecuación P= Sp ( fnl – fsis ) Donde:

P= potencia producida por un generador. S= Potencia Aparente de un generador. Fn=frecuencia nominal.

Fsis=frecuencia del sistema.

(1.3):

Puesto que la potencia total suministrada por los generadores debe ser igual a la potencia consumida por las cargas, P1 = sp1 *(fnl,1 – f sis ) = sp2 *(fnl,2 – f sis ) Pcarga = P1 – P2

Figura 1.9

• a) Generador conectado en paralelo con otra máquina de igual tamaño. b) Diagrama de casa correspondiente, en el momento en el que el generador 2 es puesto en paralelo con el sistema. c) Efecto de aumentar los puntos de ajuste del gobernador del generador 2 en la operación del sistema) Efecto de incrementar la corriente de campo del generador 2, en la operación del sistema.

Figura 1.10 Diagrama de casa dos generadores de diferente potencia.

Cuando dos generadores de tamaño similar están operando en paralelo, un cambio en los puntos de ajuste en el gobernador de uno de ellos cambia tanto la frecuencia del sistema como la repartición de potencia entre ellos. Sería deseable ajustar solo una de estas cantidades a la vez.

Un incremento en los puntos de ajuste del gobernador de un generador incrementa la potencia en esa máquina y la frecuencia del sistema. Una disminución en los puntos de ajuste en el gobernador de uno de los generadores disminuye la potencia de esa máquina y la frecuencia del sistema. Entonces, para ajustar la repartición de potencias sin cambiar la frecuencia del sistema, se incrementan los puntos de ajustar del gobernador de uno de los generadores y se disminuyen simultáneamente los del gobernador del otro generador (véase figura 1.11a). Del mismo modo, para ajustar la frecuencia del sistema sin cambiar la repartición de potencias, se aumentan o se disminuyen simultáneamente los puntos de ajuste de ambos gobernadores (véase figura 1.11b).

Los ajustes de potencia reactiva y del voltaje en los terminales funcionan de manera análoga. Para cambiar la repartición de potencias sin variar VT, se aumenta simultáneamente la corriente de campo en un generador y se disminuye la corriente de campo del otro (véase figura 1.11c). Para cambiar el voltaje en los terminales sin afectar la repartición de potencia reactiva, se aumentan y disminuyen simultáneamente ambas corrientes de campo (véase figura 1.11d).

Entonces en el caso de dos generadores que operan conjuntamente:

• 1. El sistema está restringido porque la potencia total suministrada conjuntamente por los dos generadores debe ser igual a la cantidad consumida por la carga. No están

forzados a permanecer constantes.

• 2. Para ajustar la repartición de potencia real entre los generadores sin cambiar fSist, se incrementan los puntos de ajuste del gobernador de uno de los generadores mientras se disminuyen los del otro gobernador. La máquina cuyos puntos de ajuste en el gobernador fueron aumentados, tomará más cantidad de carga.

• 3. Para ajustar fSist sin cambiar la repartición de potencia real, se aumentan o se disminuyen simultáneamente los puntos de ajuste del gobernador en ambos generadores.

• 4. Para ajustar la distribución de potencia reactiva entre generadores sin cambiar VT, aumenta la corriente de campo de uno de los generadores mientras se disminuye la corriente de campo del otro. La maquina cuya corriente de campo fue aumentada tomara más cantidad de la carga reactiva.

• 5. Para ajustar VT sin cambiar la repartición de potencia reactiva, simultáneamente se aumenta o se disminuyen las corrientes de campo de los dos generadores.

Es muy importante que cualquier generador sincrónico que opere en paralelo con otros generadores tenga una característica descendente de frecuencia-potencia. Si dos generadores tienen características planas o casi planas, la repartición de potencia entre ellos puede variar.

Ampliamente con los más mínimos cambios en la velocidad de vacío, así sean muy pequeños los cambios en f nl en uno de los generadores, se podrían causar fuertes diferencias en la distribución de potencia. Para asegurar un buen control de la distribución de potencia entre los generadores, estos deberán tener caídas de velocidad dentro de un rango de 2 a 5%.

Figura 1.11

a) Cambio en la distribución de potencia sin afectar la frecuencia del sistema. b) Cambio en la frecuencia del sistema sin afectar la distribución de potencia. c) Cambio en la distribución de potencia reactiva sin afectar el voltaje en los terminales. d) Cambio en el voltaje en terminales sin afectar la distribución de potencia reactiva.

• Descripción Técnica del GED

Los GE están compuestos principalmente por:

• Motor de combustión interna. El motor que acciona el grupo electrógeno suele estar diseñado específicamente para ejecutar dicha labor. Su potencia depende de las características del generador, siempre será superior a la potencia de salida de este último. Pueden ser motores de gasolina, diesel o fuel oíl.

• Sistema de refrigeración. El motor puede ser refrigerado por medio de agua, aceite o aire.

• Alternador. La energía eléctrica de salida se produce por medio de un alternador apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexcitado, autorregulado y sin escobillas, acoplado con precisión al motor. El tamaño del alternador y sus prestaciones son muy variables en función de la cantidad de energía que tienen que generar.

• Depósito de combustible y bancada. El motor y el alternador están acoplados y montados sobre una bancada de acero. La bancada incluye un depósito de combustible con una capacidad mínima de funcionamiento a plena carga según las especificaciones técnicas que tenga el grupo en su autonomía.

• Sistema de control. Se puede instalar uno de los diferentes tipos de paneles y sistemas de control que existen para controlar el funcionamiento, salida del grupo y la protección contra posibles fallos en el funcionamiento.

• Interruptor automático de salida. Para proteger al alternador, llevan instalado un interruptor automático de salida adecuado para el modelo y régimen de salida del grupo electrógeno. Existen otros dispositivos que ayudan a controlar y mantener, de forma automática, el correcto funcionamiento del mismo.

• Regulación del motor. El regulador del motor es un dispositivo mecánico diseñado para mantener una velocidad constante del motor con relación a los requisitos de carga. La velocidad del motor está directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador, por lo que cualquier variación de la velocidad del motor afectará a la frecuencia de la potencia de salida. [3]

• Particularidades del funcionamiento del generador a carga autónoma.

Durante la explotación de un generador sincrónico que alimenta una carga autónoma, el régimen de funcionamiento varía según cuales consumidores de energía eléctrica están conectados al generador. En los regímenes de trabajo normales, cuando la potencia consumida por la carga no supera la nominal, la amplitud y frecuencia de tensión del generador deben ser próximas a las nominales. En las instalaciones modernas esto se logra regulando automáticamente la excitación y frecuencia de rotación del motor de accionamiento.

En los regímenes anómalos, entre los cuales el de mayor importancia es el régimen de corto circuito estable simétrico en los bornes del generador (o en la red eléctrica que se alimenta por este ultimo), la corrientes del inducido puede aumentar considerablemente. Los sistemas de excitación del generador y de regulación automática del a excitación, el sistema de su protección contra el aumento inadmisible de la corriente y contra la reducción inadmisible de la tensión, deben garantizar la posibilidad de explotar el generador en régimen normales y anómalos. [9]

• Softwares simuladores.

Existen diferentes programas que facilitan el cálculo y simulación de los procesos que se desarrollan en los sistemas de distribución, entre los de mayor prestigio se encuentran los siguientes:

• Radial.

• PSX

• MATLAB

RADIAL: es un sistema amistoso concebido para realizar prácticamente todos los estudios relacionados con las redes radiales de distribución. Está programado sobre Delphi 5 usando técnicas de programación orientada a objetos y requiere de configuraciones mínimas, prácticamente disponibles en cualquier PC, para su ejecución.

La información requerida para el uso de RADIAL se divide en dos grandes grupos:

• 1. La general, ofrecida por RADIAL por "defecto", y que puede modificarse de acuerdo a los datos más convenientes que disponga el usuario.

• 2. La particular, que se vincula con los circuitos que se quieren analizar.